帶電粒子在交變電磁場中的運動問題的基本思路
1、先讀圖:看清并明白場的變化情況。
2、受力分析:分析粒子在不同的變化場區的受力情況。
3、過程分析:分析粒子在不同時間內的運動情況。
4、建模:粒子在不同運動階段,各有怎樣的運動模型。
5、找銜接點:找出銜接相鄰兩過程的物理量。
6、選規律:聯立不同階段的方程求解。
例題:
一、交變磁場+恒定電場
(2024·江蘇五校聯考)如圖甲所示,平面直角坐標系中,0≤x ≤l,0≤y≤2l的矩形區域中施加一個如圖乙所示的交變磁場(Bo和To未知),磁場方向向里為正。一個比荷為c的帶正電的粒子從原點O以初速度vo沿x軸正方向入射,不計粒子重力。
(1)若粒子從t=0時刻入射,在t<To/2的某時刻從點(l,l/2)射出磁場,求Bo的大小;
(2)若Bo=2Vo/CL,且粒子在0≤t≤To/2的任一時刻入射時,粒子離開磁場時的位置都不在y軸上,求To的取值范圍;
(3)若Bo=2Vo/CL,在x>l的區域施加一個沿x軸負方向的勻強電場,粒子在t=0時刻入射,將在T0時刻沿x軸正方向進入電場,并最終從(0,2l)沿x軸負方向離開磁場,求電場強度的大小以及粒子在電場中運動的路程。
二、交變電場+恒定磁場
(2024·天津武清區三模)如圖甲所示,相隔一定距離的豎直邊界兩側為相同的勻強磁場區,磁場方向垂直紙面向里,在邊界上固定兩長為L的平行金屬極板MN和PQ,兩極板中心各有一小孔S1、S2,兩極板間電壓的變化規律如圖乙所示,正反向電壓的大小均為U0,周期為T0。在t=0時刻將一個質量為m、電量為-q(q>0)的粒子由S1靜止釋放,粒子在電場力的作用下向右運動,在t=T0/2時刻通過S2垂直于邊界進入右側磁場區。(不計粒子重力,不考慮極板外的電場)
(1)求粒子到達S2時的速度大小v和極板間距d;
(2)為使粒子不與極板相撞,求磁感應強度的大小應滿足的條件.
(3)若已保證了粒子未與極板相撞,為使粒子在t=3T0時刻再次到達S2,且速度恰好為零,求該過程中粒子在磁場內運動的時間和磁感應強度的大小.
三、交變電、磁場
(2024·河北衡水中學調研)在科學研究中,可以通過施加適當的電場和磁場來實現對帶電粒子運動的控制。如圖甲所示,M、N為間距足夠大的水平極板,緊靠極板右側放置豎直的熒光屏PQ,在M、N間加上如圖乙所示的勻強電場和勻強磁場,電場方向豎直向下,磁場方向垂直于紙面向里,圖中E0、B0、k均為已知量。t=0時刻,比荷q/m=k的帶正電的粒子以一定的初速度從O點沿水平方向射入極板間,在0~t1(t1=1/kBo)時間內粒子恰好沿直線運動,t=5/ kBo時刻粒子打到熒光屏上。不計粒子的重力,涉及圖象中時間間隔時取0.8=π/4,1.4=√2,求:
求:
⑴在t2=2/ kBo時刻粒子的運動速度v;
⑵在t3=2.8/ kBo時刻粒子偏離O點的豎直距離y;
⑶水平極板的長度L。