判斷帶電粒子在磁場中運動的時間最長的問題,主要運用周期公式T=2πm/Bq,從公式可以看出,周期與運動的速度無關,所以一般看粒子運動了多少個周期(也就是轉過了多少圓心角)來判斷,歸納以下幾種判斷方法。
1、看轉過的圓心角(或者轉過的弧長),圓心角越大(弧長越長),時間就越長。
2、如果粒子運動的周期小于半個周期,也可以看通過的弦長,弦長越長,時間就越長。
3、往往運動軌跡與磁場邊界相切時存在時間臨界值。
當然,在這過程中最重要的是做粒子的運動軌跡圖,軌跡圖做出來了,在磁場中運動的最長時間往往也就出來了,下面劉叔物理就拿具體例題說說吧。
1、如下圖所示,三個相同的帶電粒子以不同速度沿著半徑方向射入圓形磁場區域,運動軌跡為a、b、c,問,哪個帶電粒子運動的軌跡時間最長。(粒子僅受電磁力)
解析:因為帶電粒子相同,由T=2πm/Bq可知周期相同,要比時間,只需比轉過的圓心角即可,沿著半徑射入,必定沿著半徑射出,通過作圖,很容易得出,軌跡a轉過的圓心角最大,即軌跡a帶電粒子運動時間最長。
2、如下圖所示,在半徑為R的圓形區域內存在勻強磁場,在P點向磁場區域射入大量速度相同但方向不同的同種粒子,粒子運動的半徑大于R,問:從Q點射出的粒子是否時運動時間最長的粒子?
解析:粒子的周期時一樣的,且運動的半徑大于R,說明粒子在磁場中運動的周期必定小于半個圓周,從而可以通過粒子通過的弦長來判斷,當粒子從Q點射出時,弦長為磁場的直徑,最長,所以粒子的軌跡弦長也是最長的,即時間最長。
帶電粒子在有界磁場中運動的三個動態圓模型
帶電粒子在有界磁場中運動最小磁場面積問題
帶電粒子在有界磁場中運動的典型模型