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平移法解决有界磁场中的临界问题

2020-10-21李茂树徐婷

科学导报·学术 2020年30期
关键词:磁场方向

李茂树 徐婷

1.适用条件:(1)速度大小一定,方向不同。带电粒子进入匀强磁场时,它们在磁场中做匀速圆周运动的半径相同,若射入初速度為v0,则圆周运动半径为R=mv0qB,如图1所示。(2)轨迹圆圆心,共圆。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射点P为圆心、半径R=mv0qB的圆(这个圆在下面的叙述中称为“轨迹圆心圆”)上,如图1中实线所示。

2.方法界定:将一半径为R=mv0qB的圆沿着“轨迹圆心圆”平移,从而探索出临界条件,这种方法称为“平移法”。

使用该方法要注意两个点:(1)是轨迹圆平移时与磁场边界相切时的位置在哪里;(2)是轨迹圆直径到边界时的位置在哪里。这两个临界位置之间可能就是粒子所能到的区域了。

例1:如图2所示,真空室内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度的大小B=0.60 T,磁场内有一块平面感光板ab,板面与磁场方向平行,在距ab玻璃l=16 cm处,有一个点状的α放射源S,它向各个方向发射α粒子,α粒子的速度都是v=3.0×106 m/s,已知α粒子的比荷qm=5.0×107 C/kg,现只考虑在图纸平面中运动的α粒子,求ab上被α粒子打中的区域的长度。

[解析] α粒子带正电,故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动,用R表示轨道半径,有

qvB=mv2R

由此得R=mvqB

代入数值得R=10 cm

可见R

因朝不同方向发射的α粒子的圆轨迹都过S,由此可知,某一圆轨迹在图中N左侧与ab相切,则此切点P1就是α粒子能打中的左侧最远点。

再考虑N的右侧,任何α粒子在运动中离S的距离不可能超过2R,以2R为半径、S为圆心作圆,交ab于N右侧的P2点,此即右侧能打到的最远点。……

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