带电粒子在磁场中的运动1

1带电粒子在磁场中的运动带电粒子在有界磁场中运动的分析方法：1．圆心的确定因为洛伦兹力F指向圆心，根据F⊥v，画出粒子运动轨迹中任意两点（一般是射入和射出磁场两点），先作出切线找出v的方向再确定F的方向，沿两个洛伦兹力F的方向画其延长线，两延长线的交点即为圆心，或利用圆心位置必定在圆中一根弦的中垂线上，作出圆心位置，如图1所示。2．半径的确定和计算利用平面几何关系，求出该圆的可能半径（或圆心角），并注意以下两个重要的几何特点：①粒子速度的偏向角等于转过的圆心角α，并等于AB弦与切线的夹角（弦切角）θ的2倍，如图2所示，即=α=2θ。②相对的弦切角θ相等，与相邻的弦切角θ′互补，即θ+θ′=180°。3．粒子在磁场中运动时间的确定若要计算转过任一段圆弧所用的时间，则必须确定粒子转过的圆弧所对的圆心角，利用圆心角α与弦切角的关系，或者利用四边形内角和等于360°计算出圆心角α的大小，并由表达式，即Bqmt，确定通过该段圆弧所用的时间，其中T即为该粒子做圆周运动的周期，转过的圆心角越大，所用时间t越长，注意t与运动轨迹的长短无关。1．在匀强磁场中，一个带电粒子作匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一磁感应强度为原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则（）A．粒子的速率加倍，周期减半B．粒子的速率不变，轨道半径减半C．粒子速率减半，轨道半径变为原来的1/4D．粒子的速率不变，周期减半2.如图所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将它置于一给定的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆弧所在平面且指向纸外.有一束粒子对准a端射入弯管，粒子有不同的质量、不同的速度.但都是一价正离子，则().A．只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管B．只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管C．只有动量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管D．只有动能大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管3．如图所示，一带电粒子（重力不计）在匀强磁场中沿图中所示轨迹运动，中央是一块薄绝缘板，粒子在穿过绝缘板时有动能损失，由图可知（）A．粒子的运动方向是abcdeB．粒子的运动方向是edcbaC．粒子带正电D．粒子在下半周所用时间比上半周长4．质量为m、带电量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕固定的正电荷做匀速圆周运动，磁场方向垂直于运动平面，作用在负电荷上的电场力恰是磁场力的3倍，则该负电荷做圆周运动的角速度可能是（）A．4Bq/mB．Bq/mC．2Bq/mD．3Bq/m5．用同一回旋加速器分别对质子和氘核进行加速，则两种粒子获得的最大动能之比（）A．2:1B．1:2C．1:1D．4:16．一个带负电粒子（质量为m，带电量为q），以速率v在磁感应强度为B的匀强磁场中做逆时针圆周运动（沿着纸面），则该匀强磁场的方向为垂直于纸面向里还是向外？粒子运转所形成的环形电流的大小为多大7．如图所示，一束带电量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=600。求电子的质量和穿越磁场的时间。222a8UqBm8．如图所示，两质量相等的一价正、负离子，沿与磁场边界成θ=300角的方向，垂直射入匀强磁场中。正离子的速率为v，在磁场中运动时间为t1，负离子的速率为2v，在磁场中运动时间为t2，则它们在磁场中的运动时间之比为多大？9．如图所示，M、N两板相距为d，板长为5d，两板不带电，板间有垂直纸面的匀强磁场，一大群电子沿平行于板的方向从各处位置以速率v0射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B的范围如何？（设电子质量为m，电量为e，且N板接地）10.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具.它的构造原理如图所示，离子源S产生带电量为q的某种正离子，离子产生时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上.实验测得:它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子流的电流为I.请回答下列问题:(1)在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为________.(2)单位时间穿过入口处S1离子流的能量为________.(3)试证明这种离子的质量为.11．如图所示为云室中某粒子穿过铅板P前后的轨迹.室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)，由此可知此粒子()A．一定带正电B．一定带负电C．带电D．能带正电，也可能带负电12．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，如图所示.磁场方向垂直于圆面，磁场区的中心为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，需要加磁场，使电于束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多大?13．如图所示，带电小球从H高处自由下落，进入一个匀强电场与匀强磁场互相垂直的区域，磁场方向垂直纸面，电场强度为E，磁感应强度为B，已知小球在此区域内做匀速圆周运动，则圆周的半径R314．一个负离子的质量为m，电量大小为q，以速度v0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方向与离子的初速度方向垂直，并垂直于纸面向里。如果离子进入磁场后经过时间t到这位置P，证明：直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系是15．磁感应强度为B的匀强磁场存在于半径为R的圆形面内，方向如图所示，现有质量为m，电量为+q的粒子从O点对准面内圆心C射入磁场，为使粒子能重返O点，其入射速度v0应满足什么条件？粒子返回O点的最短时间t为多少？（设粒子与界面碰撞无能量损失，且电量不变）16．如图所示,一带电质点,质量为m,电量为q,以平行于Ox轴的速度v从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域.为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于Ox轴的速度v射出,可在适当的地方加一个垂直于xy平面、磁感应强度为B的匀强磁场.若此磁场仅分布在一个圆形区域内,试求这圆形磁场区域的最小半径.重力忽略不计.17．如图所示，长为l的水平极板间有如图所示的匀强磁场，磁感强度为B，板间距离也为l。现有一质量为m、带电量为+q的粒子从左边板间中点处沿垂直于磁场的方向以速度v0射入磁场，不计重力。要想使粒子不打在极板上，则粒子进入磁场时的速度v0应为多少？18．如图所示，在x轴上方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感强度为B，在x下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E。一质量为m、电量为-q的粒子从坐标原点沿着y轴正方向射出，射出之后，第三次到达x轴时，它与原点O的距离为L，求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s（重力不计）。tmqB24mBqI22vdBem332vdt9321.BD2.C3.BC4.AC5.A6.向外7.8.1:59.半径R1=2d，又因为101eBmvR，所以edmvB012；R22=（R2-d）2+（5d）2半径R2=13d，202eBmvR，所以edmvB1302。结合图示，满足：R2＜R＜R1，所以B1＞B＞B2。10.(1)It/q(2)UI(3)略11.A12.2tane2mUr113.gBgHE214.15.RR'2tan，其中n2，而qBmvR0'∴nmqBRmqBRvtan'0（n=3，4，5……）∵粒子在磁场中经过的总弧度数为n（π-θ）=（n-2）π∴粒子所用时间为qBmnTt)2(22)-(n，当n=3时，时间最短qBmtmin16.Bqmvr2217..mqBlv40或mqBlv25018.RvmqvB2；2210mvqEl；RL4所以：mqBLv4mELqBl3232由图可知：lRs22将l代入得：mELqBRs162132COO‘C‘θ2R‘