- 物理压轴题磁场
物理压轴题磁场的知识点包括:
1. 磁感应线:用来描述磁场分布的线,叫作磁感应线,简称磁感线。
2. 匀强磁场:磁感应强度大小不变(B),方向处处相同的磁场。
3. 磁通量:磁感应强度B与面积S的乘积,叫作磁通量。
4. 洛伦兹力:当运动电荷(在磁场中所受的力)与磁场方向垂直时,称洛伦兹力。
5. 安培力:通电导线在磁场中受到的力叫安培力。
此外,物理压轴题磁场还可能涉及环形电流与它的磁场、带电粒子在磁场中的运动和磁介质中的磁场等知识点。这些内容是磁场部分学习的重点,也是高考中常见的题型。
相关例题:
题目:
在一个长方形区域内,存在一个匀强磁场,其方向垂直于长方形平面。已知磁场强度为B,长方形区域的宽度为L,高度为H。现在有一个质量为m的粒子源,可以向该区域发射出速度为v的粒子,粒子的电荷量为q。
要求:
1. 列出所有可能的粒子种类和它们的质量、电荷量;
2. 画出粒子在磁场中的运动轨迹,并解释如何根据磁场强度B和粒子的种类判断出它们的运动轨迹;
3. 写出粒子的运动方程,并解释如何根据磁场强度B和粒子的种类求出粒子的最大偏转距离和最大偏转角度;
4. 假设粒子源发射的粒子数量足够多,求出粒子在磁场中运动的总时间。
解答:
1. 可能的粒子种类有三种:电子、质子和中子。它们的质量分别为$m_{e}$、$m_{p}$和$m_{n}$,电荷量分别为$e$、$2e$和$e$。
2. 根据粒子种类和速度v,可以画出它们的运动轨迹。电子的运动轨迹为圆弧,质子和中子的运动轨迹为椭圆的一部分。由于磁场强度B已知,可以根据粒子轨迹的形状来判断出它们的运动轨迹。
3. 对于电子,根据洛伦兹力提供向心力可得:
$frac{qvB}{r} = m_{e}v^{2}$
其中r为电子运动的半径。根据轨迹可知,电子的运动轨迹为圆弧,因此半径r即为偏转距离。根据几何关系可知,最大偏转角度为90度。对于质子和中子,根据洛伦兹力提供向心力和牛顿第二定律可得:
$frac{qvB}{r} = m_{i}v^{2}$
其中$m_{i} = frac{m_{p}}{2} = frac{m_{n}}{2}$为质子和中子的质量。根据轨迹可知,质子和中子的运动轨迹为椭圆的一部分,因此偏转距离为椭圆的长半轴长度。最大偏转角度为$tan^{- 1}(frac{b}{a})$,其中a为短半轴长度,b为长半轴长度。
4. 粒子在磁场中运动的总时间为:
t = frac{L}{v} + frac{2pi m_{i}v}{qB}
其中第一项为粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,第二项为粒子在磁场中做椭圆运动的周期。由于粒子数量足够多,因此总时间为所有粒子运动时间的总和。
总结:
该题目涉及磁场在物理中的应用,需要列出所有可能的粒子种类和它们的运动轨迹,并根据磁场强度B求解粒子的最大偏转距离和最大偏转角度。最后需要求解粒子在磁场中运动的总时间。解题的关键在于理解磁场对带电粒子的作用以及几何关系的应用。
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