對於求解洛倫茲力作用下的圓周運動的相關問題,圓心的確定是解題的關鍵,圓心的確定主要依據以下3點。
①.兩速度垂線的交點
速度的垂線即為洛倫茲力所在直線,也就是半徑所在直線,兩條不在同一條直線上的半徑交點就是圓心,洛倫茲力方向永遠指向圓心。分別從入射點和出射點引出兩速度的垂線。
例題:如圖所示,一個質量為m、電荷量為q的帶電粒子從x軸上的P(a,0)點以速度v,沿與x軸正方向成60°的方向射入第一象限內的勻強磁場中,並恰好垂直於y軸射出第一象限。求勻強磁場的磁感應強度B和射出點的座標。
【解析】垂直y軸射出,圓心一定在y軸上,從入射點a點作速度的垂線,與y軸交點必定為圓心。再由幾何關係計算半徑。
②.兩弦中垂線的交點
在軌跡圓中,把入射點和出射點連線起來必定為弦,根據幾何知識,圓心一定在弦的中垂線上。
③.兩速度夾角補角的角平分線
把速度線延長交於一點,從該點作出速度夾角補角的角平分線,圓心必定在角平分線上。
例題:一質量為m,帶電荷量為q的粒子,以速度v₀從O點沿y軸正方向射入磁感應強度為B的一圓形勻強磁場區域,磁場方向垂直於紙面,粒子飛出磁場區域後,從b處穿過x軸,速度方向與x軸正方向夾角為30°,如圖所示,不計粒子重力,求:
(1)圓形磁場區域的最小面積;
(2)粒子從O進入磁場區域到達b點所經歷的時間及b點的座標。
【解析】軌跡圓的圓心必定在兩速度夾角補角的角平分線上的一系列圓上。
根據題意,O點已經進入磁場,圓心也一定在速度垂線上,結合起來分析,原因在角平分線和垂線的交點上,如圖所示,
例題:一帶電質點,質量為m,電量為q,以平行於Ox軸的速度v從y軸上的a點射入圖中第一象限所示的區域。為了使該質點能從x軸上的b點以垂直於Ox軸的速度v射出,可在適當的地方加一個垂直於xy平面、磁感應強度為B的勻強磁場.若此磁場僅分佈在一個圓形區域內,試求這圓形磁場區域的最小半徑.重力忽略不計.
【解析】圓心在速度夾角補角的角平分線上,而半徑已經確定,軌跡圓是確定的。
確定圓心的方法也可以這樣總結為:
⒈半徑法
⒉角平分線法
⒊中垂線法
⒋綜合法
在實際應用中,往往是幾種方法結合使用,謂之為綜合法.