高考物理带电粒子在磁场中的运动解题技巧讲解及练习题(含答案)含解析 下载本文

15.如图所示,虚线OL与y轴的夹角为θ=60°,在此角范围内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从左侧平行于x轴射入磁场,入射点为M.粒子在磁场中运动的轨道半径为R.粒子离开磁场后的运动轨迹与x轴交于P点(图中未画出),且OP=R.不计重力.求M点到O点的距离和粒子在

磁场中运动的时间.

【答案】当α=30°时,粒子在磁场中运动的时间为t?当α=90°时,粒子在磁场中运动的时间为t?【解析】

Tπm? 126qBTπm? 42qB根据题意,粒子进入磁场后做匀速圆周运动,设运动轨迹交虚线OL于A点,圆心在y轴上的C点,AC与y轴的夹角为α;粒子从A点射出后,运动轨迹交x轴的P点,设AP与x轴的夹角为β,如图所示.有(判断出圆心在y轴上得1分)

v2qvB?m(1分)

R周期为T?2πm(1分) qB过A点作x、y轴的垂线,垂足分别为B、D.由几何知识得

AD?Rsinα,OD?ADcot60?,

,OP?AD?BP

α=β (2分) 联立得到sinα?1cosα?1(2分) 3解得α=30°,或α=90° (各2分) 设M点到O点的距离为h,有AD?Rsinα

h?R?OC,OC?CD?OD?Rcosα?联立得到h=R-解得h=(1-3AD 32Rcos(α+30°) (1分) 32)R(α=30°) (2分) 32h=(1+)R(α=90°) (2分)

3当α=30°时,粒子在磁场中运动的时间为

t?Tπm?(2分) 126qBTπm?(2分) 42qB当α=90°时,粒子在磁场中运动的时间为

t?【考点定位】考查带电粒子在匀强磁场中的运动及其相关知识.