训练十七 带电粒子在有界匀强磁场中的运动-备战2024年高考物理一轮复习专题复习与训练

2023-09-13
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训练十七 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 题型一 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 知识梳理 1.圆心的确定方法 (1)若已知粒子轨迹上的两点的速度方向,分别确定两点处洛伦兹力F的方向,其交点即为圆心,如图甲. (2)若已知粒子运动轨迹上的两点和其中某一点的速度方向,弦的中垂线与速度垂线的交点即为圆心,如图乙. (3)若已知粒子轨迹上某点速度方向,又能根据r=计算出轨迹半径r,则在该点沿洛伦兹力方向距离为r的位置为圆心,如图丙. 2.半径的计算方法 方法一 由R=求得 方法二 连半径构出三角形,由数学方法解三角形或勾股定理求得 例如:如图甲,R=或由R2=L2+(R-d)2求得    常用到的几何关系 ①粒子的偏转角等于半径扫过的圆心角,如图乙,φ=α. ②弦切角等于弦所对应圆心角一半,如图乙,θ=α. 3.时间的计算方法 方法一 利用圆心角、周期求得t=T 方法二 利用弧长、线速度求得t= 考向1 带电粒子在直线边界磁场中运动 知识梳理 1.直线边界(进出磁场具有对称性,如图所示) 例1 如图所示,直线MN上方有垂直纸面向里的匀强磁场,电子1从磁场边界上的a点垂直MN和磁场方向射入磁场,经t1时间从b点离开磁场.之后电子2也由a点沿图示方向以相同速率垂直磁场方向射入磁场,经t2时间从a、b连线的中点c离开磁场,则为(  ) A.3 B.2 C. D. 考向2 带电粒子在圆形边界磁场中运动 知识梳理 1.圆形边界(进出磁场具有对称性) (1)沿径向射入必沿径向射出,如图甲所示. (2)不沿径向射入时,如图乙所示. 射入时粒子速度方向与半径的夹角为θ,射出磁场时速度方向与半径的夹角也为θ. 例2 (多选)如图所示,在圆形边界的磁场区域,氕核H和氘核H先后从P点沿圆形边界的直径入射,从射入磁场到射出磁场,氕核H和氘核H的速度方向分别偏转了60°和120°角,已知氕核H在磁场中运动的时间为t0,轨迹半径为R,则(  ) A.氘核H在该磁场中运动的时间为2t0 B.氘核H在该磁场中运动的时间为4t0 C.氘核H在该磁场中运动的轨迹半径为R D.氘核H在该磁场中运动的轨迹半径为R 考向3 带电粒子在平行边界磁场中运动 知识梳理 1.平行边界(往往存在临界条件,如图所示) 例3 (多选)如图所示,在坐标系的y轴右侧存在有理想边界的匀强磁场,磁感应强度大小为B,磁场的宽度为d,磁场方向垂直于xOy平面向里.一个质量为m、电荷量为-q(q>0)的带电粒子,从原点O射入磁场,速度方向与x轴正方向成30°角,粒子恰好不从右边界射出,经磁场偏转后从y轴上的某点离开磁场.忽略粒子重力.关于该粒子在磁场中的运动情况,下列说法正确的是(  ) A.它的轨迹半径为d B.它进入磁场时的速度为 C.它在磁场中运动的时间为 D.它的运动轨迹与y轴交点的纵坐标为d 考向4 带电粒子在多边形边界或角形区域磁场中运动 知识梳理 1.在多边形边界或角形区域磁场 带电粒子在多边形边界或角形区域磁场运动时,会有不同的临界情景,解答该类问题主要把握以下两点: (1)射入磁场的方式:①从某顶点射入;②从某边上某点以某角度射入. (2)射出点的判断:经常会判断是否会从某顶点射出. ①当α≤θ时,可以过两磁场边界的交点,发射点到两磁场边界的交点距离为d=2Rsin α,如图甲所示. ②当α>θ时,不能通过两磁场边界的交点,粒子的运动轨迹会和另一个边界相切,如图乙所示. 例4 (多选)(2023·河北石家庄市模拟)如图所示,△AOC为直角三角形,∠O=90°,∠A=60°,AO=L,D为AC的中点.△AOC中存在垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在O点放置一粒子源,可以向各个方向发射质量为m、电荷量为-q、速度大小均为v0=的粒子.不计粒子间的相互作用及重力作用,对于粒子进入磁场后的运动,下列说法正确的是(  ) A.粒子在磁场中运动的半径为L B.与OC成45°角入射的粒子将从AC边射出 C.在AC边界上有粒子射出的区域长度为L D.所有从OA边界射出的粒子在磁场中运动的时间相等 题型二 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题 知识梳理 带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由于带电粒子电性不确定、磁场方向不确定、临界状态不确定、运动的往复性造成带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题. (1)找出多解的原因. (2)画出粒子的可能轨迹,找出圆心、半径的可能情况. 考向1 磁场方向不确定形成多解 例5 (多选)如图所示,A点的离子源沿纸面垂直OQ方向向上射出一束负离子,离子的重力忽略不计.为把这束负离子约束在OP之下的区域,可加垂直纸面

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