高中物理知識(shí)點(diǎn):帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形式:




電偏轉(zhuǎn)與磁偏轉(zhuǎn)的對(duì)比:






關(guān)于角度的兩個(gè)結(jié)論:


(1)粒子速度的偏向角φ等于圓心角α,并等于AB弦與切線的弦切角θ的2倍(如圖所示),即。

(2)相對(duì)的弦切角θ相等,與相鄰的弦切角θ'互補(bǔ),即

有界磁場(chǎng)中的對(duì)稱及臨界問題:

(1)直線邊界
粒子進(jìn)出磁場(chǎng)時(shí)的速度關(guān)于磁場(chǎng)邊界對(duì)稱.如圖所示。

(2)圓形邊界
①沿半徑方向射入磁場(chǎng),必沿半徑方向射出磁場(chǎng)。
②射入磁場(chǎng)的速度方向與所在半徑間夾角等于射出磁場(chǎng)的速度方向與所在半徑間的夾角。

(3)平行邊界
存在著臨界條件:

(4)相交直邊界



帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng):




確定軌跡圓心位置的方法:






帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)間和轉(zhuǎn)過圓心角的求解方法:




帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的臨界與極值問題的解法:

當(dāng)某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象,或物體從一種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)時(shí),發(fā)生這種質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折態(tài)通常稱為臨界狀態(tài),涉及臨界狀態(tài)的物理問題叫做臨界問題,產(chǎn)生臨界狀態(tài)的條件叫做臨界條件,臨界問題能有效地考查學(xué)生多方面的能力,在高考題中屢見不鮮。認(rèn)真分析系統(tǒng)所經(jīng)歷的物理過程,找出與臨界狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的臨界條件,是解答這類題目的關(guān)鍵,尋找臨界條件,方法之一是從最大靜摩擦力、極限頻率、臨界角、臨界溫度等具有臨界含義的物理量及相關(guān)規(guī)律人手:方法之二是以題目敘述中的一些特殊詞語如“恰好”、“剛好”、“最大”、“最高”、“至少”為突破口,挖掘隱含條件,探求臨界位置或狀態(tài)。如:
(1)剛好穿出磁場(chǎng)邊界的條件是帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡與邊界相切。據(jù)此可以確定速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、軌跡半徑、磁場(chǎng)區(qū)域面積等方面的極值。
(2)當(dāng)速度v一定時(shí),弧長(zhǎng)(或弦長(zhǎng))越大,圓周角越大,則帶電粒子在有界磁場(chǎng)巾運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)。(前提條件是弧是劣弧)
(3)當(dāng)速率v變化時(shí),圓周角大的,運(yùn)動(dòng)時(shí)間越越長(zhǎng)。


“動(dòng)態(tài)圓”問題的解法:


1.入射粒子不同具體地說當(dāng)入射粒子的比荷不同時(shí),粒子以相同的速度或以相同的動(dòng)能沿相同的方向射人勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期必不相同;運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑,在以不同的速度入射時(shí)不相同,以相同動(dòng)能入射時(shí)可能不同。
2.入射方向不同相同的粒子以相同的速率沿不同方向射人勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道中,運(yùn)動(dòng)周期是相同的,但粒子運(yùn)動(dòng)徑跡所在空間位置不同,所有粒子經(jīng)過的空間區(qū)域在以入射點(diǎn)為圓心,運(yùn)動(dòng)軌跡圓的直徑為半徑的球形空間內(nèi)。當(dāng)磁場(chǎng)空間有界時(shí),粒子在有界磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不同,所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置不同,從而形成不同的臨界狀態(tài)或極值問題,此類問題中有兩點(diǎn)要特別注意:一是旋轉(zhuǎn)方向?qū)\(yùn)動(dòng)的影響,二是運(yùn)動(dòng)中離入射點(diǎn)的最遠(yuǎn)距離不超過2R,因R是相同的,進(jìn)而據(jù)此可利用來判定轉(zhuǎn)過的圓心角度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等極值問題,其中l是最遠(yuǎn)點(diǎn)到入射點(diǎn)間距離即軌跡上的弦長(zhǎng)。
3.入射速率不同
相同的粒子從同一點(diǎn)沿同一方向以不同的速率進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,雖然不同速率的粒子運(yùn)動(dòng)半徑不同,但圓心卻在同一直線上,各軌跡圓都相切于入射點(diǎn)。在有界磁場(chǎng)中會(huì)形成相切、過定點(diǎn)等臨界狀態(tài),運(yùn)動(dòng)時(shí)間、空間能到達(dá)的范圍等極值問題。當(dāng)粒子穿過通過入射點(diǎn)的直線邊界時(shí),粒子的速度方向相同,偏向角相同,運(yùn)動(dòng)時(shí)間也相同。
4.入射位置不同
相同的粒子以相同的速度從不同的位置射入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期、半徑都相同,但在有界磁場(chǎng)中,對(duì)應(yīng)于同一邊界上的不同位置,會(huì)造成粒子在磁場(chǎng)巾運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不同,通過的路程不同,出射方向不同,從而形成不同的臨界狀態(tài),小同的極值問題。
5.有界磁場(chǎng)的邊界位置變化
相同粒子以相同的速度從同定的位置出發(fā),途經(jīng)有界磁場(chǎng)Ⅸ域,若磁場(chǎng)位置發(fā)生變化時(shí),會(huì)引起粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的入射位置或相對(duì)磁場(chǎng)的入射方向發(fā)生變化,從而可能引起粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間、偏轉(zhuǎn)角度、出射位置與方向等發(fā)生變化,進(jìn)而形成臨界與極值問題。



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