时间:2015年11月18日
地点:高中物理组
参加人员:全体高三老师
内容:带电粒子在磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的问题是近几年高考的热点,这些考题不但涉及到洛伦兹力作用下的动力学问题,而且往往与平面图形的几何关系相联系,成为考查学生综合分析问题、运用数字知识解决物理问题的难度较大的考题。但无论这类问题情景多么新颖、设问多么巧妙,其关键一点在于规范、准确地画出带电粒子的运动轨迹。只要确定了带电粒子的运动轨迹,问题便迎刃而解。下面举几种确定带电粒子运动轨迹的方法。
一、对称法
带电粒子如果从匀强磁场的直线边界射入又从该边界射出,则其轨迹关于入射点和出射点线段的中垂线对称,且入射速度方向与出射速度方向与边界的夹角相等;带电粒子如果沿半径方向射入具有圆形边界的匀强磁场,则其射出磁场时速度延长线必过圆心。利用这两个结论可以轻松画出带电粒子的运动轨迹,找出相应的几何关系。
二、旋转圆法
在磁场中向垂直于磁场的各个方向发射速度大小相同的带电粒子时,带电粒子的运动轨迹是围绕发射点旋转的半径相同的动态圆,用这一规律可快速确定粒子的运动轨迹。
三、缩放圆法
带电粒子以大小不同,方向相同的速度垂直射入匀强磁场中,作圆周运动的半径随着速度的变化而变化,因此其轨迹为半径缩放的动态圆,利用缩放的动态圆,可以探索出临界点的轨迹,使问题得到解决。
四、临界法
以题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等词语为突破口,借助半径r和速度v以及磁场B之间的约束关系进行动态轨迹分析,确定轨迹圆和边界的关系,找出临界点,然后利用数学方法求解极值,画出临界点的轨迹是解题的关键。
通过以上分析不难发现,对于带电粒子在磁场中的运动问题,解题的关键是画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹,如果能够熟练掌握带电粒子在磁场中运动轨迹的上述四种画法,很多问题都可以迎刃而解。