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1、带电粒子在匀强磁场中的运动（一）无边界磁场：粒子轨迹为完整的圆。（二）单边界磁场：轨迹为部分圆弧。关键提示：连接入射点和出射点（或轨迹上任两点）得到弦，做速度方向的垂线（亦即洛伦兹力方向）和弦的中垂线，交点即为圆心。几何关系：（弦长），（如图）OBSvP【例1】一个负离子，质量为m，电量大小为q，以速率v垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度B的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里。（1）求离子进入磁场后到达屏S上时的位置与O点的距离。（2）如果离子进入磁场后经过时间t到达位置P，证明：直线OP与离子入射方向之间的夹角跟t的关系是。解析：（1）离子的初
2、速度与匀强磁场的方向垂直，在洛仑兹力作用下，做匀速圆周运动。设圆半径为r，则据牛顿第二定律可得： ，解得如图所示，离了回到屏S上的位置A与O点的距离为：AO=2r 所以（2）当离子到位置P时，圆心角：因为，所以。针对练习1 如图直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30角的同样速度v射入磁场（电子质量为m，电荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？（三）双边界磁场关键提示：一定要先画好辅助线（半径、速度及延长线）。偏转角由sin=L/R求出。侧移由R2=L2+（R-y）2求出。经历时间由得出。注意，这里射出速度的反向延长线与初速度延长线的交
3、点不再是宽度线段的中点，这点与带电粒子在匀强电场中的偏转结论不同！【例2】如图所示，一束电子（电量为e）垂直磁场边界以速度v垂直射入磁感应强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是45，则电子的质量是 ，穿过磁场的时间是 。拓展若已知带电粒子的质量m和电量e，若要带电粒子能（或不能）从磁场的右边界射出，粒子的速度v必须满足什么条件？变式：电子与磁场边界成角（不垂直）以速度v垂直射入匀强磁场（四）矩形界磁场【例3】（2003潍坊）如图所示， 一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。现从矩形区域ad边的中点O处垂直磁场射入一速度
4、方向跟ad边夹角为30，大小为v0的带电粒子。已知粒子质量为m，电量为+q，ad边长为L，重力影响忽略不计。（1）试求粒子能从ab边上射出磁场的v0的大小范围？（2）问粒子在磁场中运动的最长时间是多少？在这种情况下，粒子从磁场区域的某条边射出，试求射出点在这条边上的范围。注意：粒子在矩形界磁场中的运动多伴有临界问题与极值问题针对练习2 长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是： （ ）A使粒子的速度v5Bq
5、L/4mC使粒子的速度vBqL/mD使粒子速度BqL/4mv5BqL/4m拓展此题也可以问，能使粒子打在极板上，可采用的办法是r vRvO/O（五）圆形界磁场关键提示：画好辅助线（半径、速度、轨迹圆的圆心、连心线）。偏角可由求出。经历时间由得出（如图）。【例4】如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子（不计重力），从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，AOB=120，则该带电粒子在磁场中运动的时间为_A2r/3v0B2r/3v0Cr/3v0Dr/3v0vAB解析：首先通过已知条件找到所对应的圆心O，由图可知=60，得t=，但题中已知条件不够，
6、没有此选项，必须另想办法找规律表示t，由圆周运动和t= =。其中R为AB弧所对应的轨道半径，由图中OOA可得R=r，所以t=r/3r0，D选项正确。针对练习3 （2002年全国理综卷）电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区域，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P点，需要加一匀强磁场，使电子束偏转一已知角度，此时磁场的磁感应强度B应为多少？专题训练11、如图所示，一个带负电的粒子以速度v由坐标原点射入磁感应强度为B的匀强磁场中，速度方
7、向与x轴、y轴均成45。已知该粒子电量为-q，质量为m，则该粒子通过x轴和y轴的坐标分别是多少？2如图所示，一个质量为m、电量为q的正离子，从A点正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点射出，求正离子在磁场中运动的时间t。设粒子与圆筒内壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒子的重力。3一个质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的P（a，0）点以速度v，沿与x正方向成60的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强度B和射出点的坐标。4电子自静止开始经M、N板间（
8、两板间的电压为u）的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示.求匀强磁场的磁感应强度.（已知电子的质量为m，电量为e）5已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷.物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在.1998年6月，我国科学家研制的阿尔法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的核心部分如图所示，PQ、MN是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行.宇宙射线中的各种粒子从板PQ中央的小孔O垂直PQ进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在
9、附有感光底片的板MN上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度v从小孔O垂直PQ板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的a、b、c、d四点，已知氢核质量为m，电荷量为e，PQ与MN间的距离为L，磁场的磁感应强度为B.（1）指出a、b、c、d四点分别是由哪种粒子留下的痕迹?（不要求写出判断过程）（2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径； （3）反氢核在MN上留下的痕迹与氢核在MN上留下的痕迹之间的距离是多少?6如图所示，在y0的区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸里，磁感应强度为B.一带负电的粒子（质量为m、电荷量为q）以速度v0从O点射入磁场，
10、入射方向在xy平面内，与x轴正向的夹角为.求：（1）该粒子射出磁场的位置；（2）该粒子在磁场中运动的时间.（粒子所受重力不计）参考答案1解析：（1）离子的初速度与匀强磁场的方向垂直，在洛仑兹力作用下，做匀速圆周运动。设圆半径为r，则据牛顿第二定律可得： ，解得 如图所示，离了回到屏S上的位置A与O点的距离为：AO=2r 所以（2）当离子到位置P时，圆心角：因为，所以2解析：由于离子与圆筒内壁碰撞时无能量损失和电量损失，每次碰撞后离子的速度方向都沿半径方向指向圆心，并且离子运动的轨迹是对称的，如图所示。设粒子与圆筒内壁碰撞n次（），则每相邻两次碰撞点之间圆弧所对的圆心角为2/（n+1）.由几何知
11、识可知，离子运动的半径为离子运动的周期为，又，所以离子在磁场中运动的时间为.yxoBvvaO/3解：由射入、射出点的半径可找到圆心O/，并得出半径为；射出点坐标为（0，）。4解析：电子在M、N间加速后获得的速度为v，由动能定理得：mv2-0=eu电子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则：evB=m电子在磁场中的轨迹如图，由几何得：=由以上三式得：B=5解:（1）a、b、c、d四点分别是反氢核、反氦核、氦核和氢核留下的痕迹. （2）对氢核，在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得： （3）由图中几何关系知： 所以反氢核与氢核留下的痕迹之间的距离6解：（1）带负电粒子射入磁场后，由于受到洛伦兹力的作用，粒子将沿图示的轨迹运动，从A点射出磁场，设O、A间的距离为L，射出时速度的大小仍为v，射出方向与x轴的夹角仍为，由洛伦兹力公式和牛顿定律可得：qv0B=m式中R为圆轨道半径，解得：R=圆轨道的圆心位于OA的中垂线上，由几何关系可得：=Rsin 联解两式，得：L=所以粒子离开磁场的位置坐标为（-，0）（2）因为T=所以粒子在磁场中运动的时间，t
