圓的動態變化確實是帶電粒子在磁場中運動的難點所在,這要求小夥伴們有足夠的空間思維能力。我們將主要的三種模型一一呈現給大家。
模型一、如下圖所示,一束帶正電的粒子以初速度v垂直進入勻強磁場,若初速度v方向相同,大小不同,所有粒子運動軌跡的圓心都在垂直於初速度的直線上,速度增大時,軌道半徑隨著增大,所有粒子的軌跡組成一組動態的內切圓。我們將這一組圓叫做“縮放圓”
特徵:(1)各動態圓圓心軌跡為直線 (2)各動態圓的半徑R不同 (3)各動態圓均相交於同一點 (4)各動態圓周期T相同
模型二、如下圖所示,一束帶正電的粒子以初速度v垂直進入勻強磁場,若初速度v大小相同,方向不同,則所有粒子運動的軌道半徑相同,但不同粒子的圓心位置不同,其共同規律是:所有粒子的圓心都在以入射點為圓心,以軌道半徑R為半徑的圓上,從而可以找出動態圓的圓心軌跡。使用時應注意各圓的繞向。我們將這樣的一組圓稱為“旋轉圓”。 模型特徵:(1)軌跡圓:各帶電粒子的圓軌跡半徑R相等,運動週期T相等。隨著入射速度方向的改變,它們構成一簇繞粒子源O旋轉的動態圓(右上圖中細實線所示) (2)圓心圓:各帶電粒子軌跡圓的圓心分佈在以粒子源O為圓心,R為半徑的一個圓周上(右上圖中細虛線所示)。 (3)邊界圓:帶電粒子在磁場中可能經過的區域是以粒子源O為圓心,2R為半徑的大圓(包絡面)(圖中粗虛線所示)。
模型三、如下圖所示,如果帶電粒子 速度大小一定,方向一定,入射點在同一直線上 粒子源發射速度大小、方向一定,入射點不同但在同一直線的帶電粒子進入勻強磁場時,模型特徵:它們做勻速圓周運動的半徑相同, 軌跡圓圓心共線 :帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心在同一直線上,該直線即入射點的連線。
應該說上述三種模型最難的是第二種,旋轉對空間思維的要求非常高,為了輔助分析,我們可以總量角器或者自制一個圓去旋轉,便於解題。全是小技巧吧。
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