2010年高考江苏卷物理第9题的微瑕
——兼谈附加磁场边界形状的确定
2011-08-16张怀华李卫彬
物理通报 2011年12期
张怀华 李卫彬
(焦作市第十一中学 河南 焦作 454000) (河南理工大学理化学院 河南 焦作 454000)
1 前言
2010年高考江苏卷物理试题第9题是一道选择题,考查带电粒子在磁场中的运动.题目设计新颖独到,富有创意,能综合考查相关知识的运用[1],但笔者认为这道题目本身有值得商榷的地方.
【原题】如图1所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴OO′与SS′垂直.a,b,c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS′垂直,a,c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为α,β,且α>β.三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点S′,则下列说法中正确的有
A.三个质子从S运动到S′的时间相等
B.三个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在OO′轴上
C.若撤去附加磁场,a到达SS′连线上的位置距S点最近
D.附加磁场方向与原磁场方向相同

图1
参考答案:C,D.
2 探寻聚焦磁场的边界条件
该题引起笔者关注的原因并不是本题的答案或者解法[2],而是满足电荷汇聚条件的磁场边界形状.图1所示的鼓形边界磁场符合题设要求吗?下面寻找聚焦磁场的边界方程,探讨聚焦磁场的形状[3~5].
2.1 寻找聚焦磁场的边界方程
为了求解附加磁场的边界方程,如图2,以出射点S为坐标原点建立平面直角坐标系.设电荷在原磁场中的轨道为l1,半径为r1,在附加磁场中的轨道为l2,半径为r2;r2与r1的比值为k.出射点S与y轴正方向的夹角为α,对称轴OO′与……
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