题目内容
(1)粒子能从ab边上射出磁场的v大小范围.
(2)如果带电粒子不受上述v大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间.
【答案】分析:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,当其轨迹恰好与ab边相切时,轨迹半径最小,对应的速度最小.当其轨迹恰好与cd边相切时,轨迹半径最大,对应的速度最大,由几何知识求出,再牛顿定律求出速度的范围.
(2)粒子轨迹所对圆心最大时,在磁场中运动的最长时间.当其轨迹恰好与ab边相切或轨迹更小时,时间最长,求出圆心角,再求时间.
解答:解:(1)若粒子速度为v,则qvB=
,所以有R=
设圆心在O1处对应圆弧与ab边相切,相应速度为v01,则R1+R1sinθ=
将R1=
代入上式可得,v01=
同理,设圆心在O2处对应圆弧与cd边相切,相应速度为v02,则R2-R2sinθ=
将R2=
代入上式可得,v02=
所以粒子能从ab边上射出磁场的v应满足
.
(2)由t=
及T=
可知,粒子在磁场中经过的弧所对的圆心角α越长,在磁场中运动的时间也越长.在磁场中运动的半径r≤R1时,
运动时间最长,弧所对圆心角为α=(2π-2θ)=
,所以最长时间为t=
T=
=
.
答:(1)粒子能从ab边上射出磁场的v大小范围为
.
(2)如果带电粒子不受上述v大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间为
.
点评:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题一般程序是
1、画轨迹:确定圆心,几何方法求半径并画出轨迹.
2、找联系:轨迹半径与磁感应强度、速度联系;偏转角度与运动时间相联系,时间与周期联系.
3、用规律:牛顿第二定律和圆周运动的规律.
(2)粒子轨迹所对圆心最大时,在磁场中运动的最长时间.当其轨迹恰好与ab边相切或轨迹更小时,时间最长,求出圆心角,再求时间.
解答:解:(1)若粒子速度为v,则qvB=
设圆心在O1处对应圆弧与ab边相切,相应速度为v01,则R1+R1sinθ=
将R1=
同理,设圆心在O2处对应圆弧与cd边相切,相应速度为v02,则R2-R2sinθ=
将R2=
所以粒子能从ab边上射出磁场的v应满足
(2)由t=
运动时间最长,弧所对圆心角为α=(2π-2θ)=
答:(1)粒子能从ab边上射出磁场的v大小范围为
(2)如果带电粒子不受上述v大小范围的限制,求粒子在磁场中运动的最长时间为
点评:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动解题一般程序是
1、画轨迹:确定圆心,几何方法求半径并画出轨迹.
2、找联系:轨迹半径与磁感应强度、速度联系;偏转角度与运动时间相联系,时间与周期联系.
3、用规律:牛顿第二定律和圆周运动的规律.
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