高考中物理复合场包括有重力场、电场和磁场三种场。
复合场中常常涉及到带电粒子的受力情况,电场力、重力、磁场力可以同时存在,且常常做为求解的三个方向。
在复合场中,常常涉及到粒子在磁场中的运动,如带电粒子在复合场中的运动,常常分为匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动等。
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题目:一个质量为 m 的带电粒子以速度 v 垂直射入一个匀强电场中,恰好从一端穿出电场,已知粒子在电场中运动的周期为 T,求该粒子在磁场中的运动情况。
【分析】
粒子在电场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律和圆周运动的规律求解。
【解答】
设粒子在电场中的圆心角为 θ ,则有:
$qE = m\frac{v^{2}}{R}$
$T = \frac{2\pi R}{v}$
其中 R = \frac{mv}{qB}
解得:B = \frac{mv}{q\theta}
粒子在磁场中做匀速圆周运动,由左手定则可知,粒子带正电。
设粒子在磁场中运动的轨道半径为 R_{m} ,则有:
$R_{m} = \sqrt{R^{2} + L^{2}}$
其中 L 是粒子在电场中运动的轨迹长度。
由牛顿第二定律可得:
$Bqv = m\frac{v^{2}}{R_{m}}$
解得:v_{m} = \sqrt{\frac{mv^{2}}{Bq} + v^{2}}
所以粒子在磁场中的运动轨迹为圆弧的一部分,且圆心角为 \theta ,运动周期为 T。
【说明】
本题是一道复合场综合题,考查了带电粒子在电场和磁场中的运动规律,需要灵活运用牛顿第二定律、圆周运动规律和左手定则等知识求解。解题的关键是要掌握带电粒子在复合场中的运动规律,并能够根据题目条件选择合适的解题方法。