例談帶電粒子在磁場中運動問題分析解答

王久平

帶電粒子在勻強磁場中的運動問題是高考命題的熱點。本文結(jié)合例題談?wù)勥@類題的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明的，主要用于加速帶電粒子，使之獲得較大的動能，回旋加速器的核心部分實際上由兩個D形金屬扁盒組成，兩盒分別與一高頻交流電源的兩極連接，從而在盒間狹縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過狹縫時都得到加速。并把兩盒置于勻強磁場中，只要磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，如果粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，磁場的磁感應(yīng)強度為B，問：

（1）粒子在盒內(nèi)磁場中作何種運動？

（2）粒子在兩盒間狹縫內(nèi)作何種運動？

（3）所加交變電壓頻率為多大，粒子運動角速度為多大？

（4）粒子離開加速器時速度為多大？

解析：（1）D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場，因而盒內(nèi)無電場。盒內(nèi)有垂直盒面的磁場，故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。

（2）兩盒間狹縫內(nèi)有勻強電場，且粒子速度方向與電場方向在同一條直線上，故粒子做勻加速直線運動。

（3）粒子在電場中運動時間極短，高頻交變電壓頻率要符合粒子回旋頻率。

[問題拓展]

物理學(xué)的發(fā)展對科學(xué)及生活的各個方面都有重大影響，也是人類社會發(fā)展的重要動力。教學(xué)中，如能讓學(xué)生從物理學(xué)科的發(fā)展史、現(xiàn)代科技的發(fā)展史，甚至人類文明的發(fā)展史等角度來進行學(xué)科認知，解決問題將會事半功倍。比如在學(xué)習(xí)重力時，可以聯(lián)系牛頓對力學(xué)的研究史設(shè)計問題；在學(xué)習(xí)萬有引力定律時，通過介紹多位科學(xué)家的研究歷程及結(jié)論，再聯(lián)系開普勒及牛頓科學(xué)研究過程設(shè)計問題，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強學(xué)習(xí)的興趣。endprint

帶電粒子在勻強磁場中的運動問題是高考命題的熱點。本文結(jié)合例題談?wù)勥@類題的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明的，主要用于加速帶電粒子，使之獲得較大的動能，回旋加速器的核心部分實際上由兩個D形金屬扁盒組成，兩盒分別與一高頻交流電源的兩極連接，從而在盒間狹縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過狹縫時都得到加速。并把兩盒置于勻強磁場中，只要磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，如果粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，磁場的磁感應(yīng)強度為B，問：

（1）粒子在盒內(nèi)磁場中作何種運動？

（2）粒子在兩盒間狹縫內(nèi)作何種運動？

（3）所加交變電壓頻率為多大，粒子運動角速度為多大？

（4）粒子離開加速器時速度為多大？

解析：（1）D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場，因而盒內(nèi)無電場。盒內(nèi)有垂直盒面的磁場，故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。

（2）兩盒間狹縫內(nèi)有勻強電場，且粒子速度方向與電場方向在同一條直線上，故粒子做勻加速直線運動。

（3）粒子在電場中運動時間極短，高頻交變電壓頻率要符合粒子回旋頻率。

[問題拓展]

物理學(xué)的發(fā)展對科學(xué)及生活的各個方面都有重大影響，也是人類社會發(fā)展的重要動力。教學(xué)中，如能讓學(xué)生從物理學(xué)科的發(fā)展史、現(xiàn)代科技的發(fā)展史，甚至人類文明的發(fā)展史等角度來進行學(xué)科認知，解決問題將會事半功倍。比如在學(xué)習(xí)重力時，可以聯(lián)系牛頓對力學(xué)的研究史設(shè)計問題；在學(xué)習(xí)萬有引力定律時，通過介紹多位科學(xué)家的研究歷程及結(jié)論，再聯(lián)系開普勒及牛頓科學(xué)研究過程設(shè)計問題，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強學(xué)習(xí)的興趣。endprint

帶電粒子在勻強磁場中的運動問題是高考命題的熱點。本文結(jié)合例題談?wù)勥@類題的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明的，主要用于加速帶電粒子，使之獲得較大的動能，回旋加速器的核心部分實際上由兩個D形金屬扁盒組成，兩盒分別與一高頻交流電源的兩極連接，從而在盒間狹縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過狹縫時都得到加速。并把兩盒置于勻強磁場中，只要磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，如果粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，磁場的磁感應(yīng)強度為B，問：

（1）粒子在盒內(nèi)磁場中作何種運動？

（2）粒子在兩盒間狹縫內(nèi)作何種運動？

（3）所加交變電壓頻率為多大，粒子運動角速度為多大？

（4）粒子離開加速器時速度為多大？

解析：（1）D形盒由金屬導(dǎo)體制成，可屏蔽外電場，因而盒內(nèi)無電場。盒內(nèi)有垂直盒面的磁場，故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動。

（2）兩盒間狹縫內(nèi)有勻強電場，且粒子速度方向與電場方向在同一條直線上，故粒子做勻加速直線運動。

（3）粒子在電場中運動時間極短，高頻交變電壓頻率要符合粒子回旋頻率。

[問題拓展]

物理學(xué)的發(fā)展對科學(xué)及生活的各個方面都有重大影響，也是人類社會發(fā)展的重要動力。教學(xué)中，如能讓學(xué)生從物理學(xué)科的發(fā)展史、現(xiàn)代科技的發(fā)展史，甚至人類文明的發(fā)展史等角度來進行學(xué)科認知，解決問題將會事半功倍。比如在學(xué)習(xí)重力時，可以聯(lián)系牛頓對力學(xué)的研究史設(shè)計問題；在學(xué)習(xí)萬有引力定律時，通過介紹多位科學(xué)家的研究歷程及結(jié)論，再聯(lián)系開普勒及牛頓科學(xué)研究過程設(shè)計問題，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強學(xué)習(xí)的興趣。endprint