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带电粒子在匀强磁场中的圆周运动

时间:2023/11/9 作者: 新生代 热度: 12390
刘亚勋 四川省简阳市三星中学 641404

  知识回顾

一、圆周运动

(1)圆周运动:物体的运动轨道是圆的运动

  (2)匀速圆周运动:质点沿圆周运动,如果在任意相等的时间 内通过的 弧长 相等,这种运动叫做匀速圆周运动.

  (3)匀速圆周运动的“匀速”指的是 速率 不变.

二、描述圆周运动的物理量

(1)线速度

  ①定义:质点做匀速圆周运动通过的弧长和所用时间的比值叫线速度.

  ②大小: 单位:m/s.

  ③线速度是矢量.质点在圆周上某点的线速度方向沿圆周上该点的切线方向.

  (2)角速度

  ①定义:质点做匀速圆周运动的圆心角和所用时间的比值叫角速度.

  ②大小: 单位:rad/s.

  (3)周期T和频率f

  ①定义:做圆周运动的物体运动一周所用的 _____ 叫做周期,用T表示,单位:s.

  ②频率:做圆周运动的物体在单位时间内转过的圈数叫做频率,用f表示,单位Hz,

  (4)几者的关系式

  线速度与周期___________ ;角速度与周期___________;线速度与角速度___________周期与频率___________

三、洛伦兹力

(1)洛伦兹力:磁场对___________的作用力叫洛伦兹力.

  (2)洛伦兹力的大小

  ①v∥B时,洛伦兹力F洛=__________.(θ=0°或180°)

  ②v⊥B时,洛伦兹力F洛=__________.(θ=90°)

  ③v=0时,洛伦兹力F洛=__________.

  (3)洛伦兹力的方向

  ①判定方法

  左手定则:掌心——磁感线垂直穿入掌心;

  四指——指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向;

  大拇指——指向洛伦兹力的方向.

  ②方向特点:F洛⊥B,F洛⊥v,即F垂直于B和v决定的________(注意:洛伦兹力不做功).

四、带电粒子在匀强磁场中的运动

(1)若v∥B,带电粒子不受洛伦兹力,在匀强磁场中做匀速直线运动.

  (2)若v⊥B,带电粒子仅受洛伦兹力作用,在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动.

  半径公式

  周期公式

五、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的基本方法

关键是:1.画出运动轨迹;2.确定圆心和半径;3.利用洛伦兹力提供向心力列式.

  (1)圆心的确定

  

  (2)半径的确定

  可利用物理学公式或几何知识(勾股定理、三角函数等)求出半径大小.

  (3)运动时间的确定

  粒子在磁场中运动一周的时间为T,当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为θ时,其运动时间表示为:t=____________(或 t= ____________).

六、带电粒子在有界磁场中运动的常见情形

①直线边界(进出磁场具有对称性,如图(a)、(b)、(c)所示)

  

  ②圆形边界(沿径向射入必沿径向射出,如图所示)

  

  总结:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力。找圆心,定半径,画轨迹是解决这一类问题常见的考查方式。解决这类问题我们要结合圆的相关几何知识,巧妙的处理。同时还要注意在有界磁场区域的临界情况。找临界点和切点是解决问题的一般方法。
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