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带电粒子在磁场中的圆运动的轨迹画法及其计算
首先,带电粒子在磁场中的运动,本质是洛伦兹力提供向心力(粒子不受重力),粒子做匀速圆周运动(整圆或部分圆),故只有洛伦兹力,没有重力、电场力等,与带电物体在复合场的题目有明显差别,运动形式仅限于匀速圆周运动,没有其他运动形式(如直线、匀加速、平抛)。
其次,本类题目用到的主要公式及结论为:
由qvBmv2mR22得RmvT2m
R
T
qBqB
再次认识到,本类题目通常为大的计算题,分值大,难度大,必须处理好。难点之一,就是如何画出运动轨迹,如何找到圆心,如何找到旋转半径与已知长度、角度的数量关系。难点之二,就是极限条件的取得。
一、圆轨迹的画法画圆的轨迹时,遵循下面的一些原则:1.过进入点作速度的垂线半径垂直于速度(速度沿圆的切线方向)2.作进出点连线的中垂线对称性3.进入直线边界时夹θ角,出来时也夹θ角对称性4.沿半径方向进入圆形磁场区域,出来时也沿半径方向对称性
通常,根据上述几点,可以画出带电粒子在磁场中的运动轨迹。二、旋转半径的计算:在正确画出带电粒子在磁场中的运动轨迹后,下一步的主要任务是,求出旋转半径与已
知长度量、角度量的关系。而这主要是通过适当的辅助线,找到过旋转圆心的直角三角形(其斜边为旋转半径),运用勾股定理或者正余弦函数关系求解。
这里主要是通过适当的辅助线(找圆心时画的进出点间的中垂线不要太明显,以免影响直角三角形的寻找),找到过旋转圆心的直角三角形(其斜边为旋转半径),运用勾股定理或正余弦函数关系求解。圆形磁场区域情形中,注意围成的四边形是对称的,对角和为180,好找旋转角度关系。
三、常见的有限磁场区域:通常的有限磁场边界包括:半边磁场、条形磁场、矩形磁场、圆形磁场、扇形磁场(如上面图示)。还可能有其他异型磁场区域。
粒子在这类磁场区域的运动轨迹,通常不足一个圆,但粒子进出边界的角度、旋转角度
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f如果对你有帮助,请下载使用!都具有特殊性,如垂直,30、60、120、150、240、300等特殊角。(否则无法计算、题目难度过大)
四、极限条件的取得这类题目指,因为粒子速度大小的为一定范围或者磁场强度的为一定范围,粒子通过磁场区域后,恰好能(或不能)穿出边界。两种问题中,极限解的取值相同,仅答案中≤、≥、、符号有差别。还有一种情形是,粒子速度大小一定,方向可变r
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