【知识点详解】
1. 带电粒子在磁场中的运动:这部分内容主要涉及带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的规律。粒子受到的洛伦兹力提供向心力,使得粒子沿圆形轨迹运动。公式是 F = qvB = mω²r = mv²/r,其中 F 是洛伦兹力,q 是粒子的电荷量,v 是粒子速度,B 是磁感应强度,m 是粒子质量,ω 是角速度,r 是圆周运动的半径。题目中讨论了粒子在不同边界条件下的运动时间,最长运动时间对应于粒子在磁场中完成圆周运动的完整周期,即 T = 2πm/(qB)。
2. 磁场边界对粒子轨迹的影响:在第二题中,粒子被限制在特定区域内运动,这涉及到粒子轨迹与磁场边界的相对位置。粒子能否在限定区域内运动,取决于其初始速度和磁场强度的关系。
3. 磁感应强度的变化对粒子运动的影响:第三题中,粒子在不同强度的磁场区域中运动,运动时间比例揭示了磁感应强度之间的关系。根据粒子在磁场中运动的周期性,可以推断出磁感应强度的比例。
4. 粒子速度变化对轨迹和时间的影响:第四题中,粒子速度的变化会改变其在磁场中的运动时间。速度增加会导致轨迹半径增大,但并不一定增加在磁场中的总时间,因为粒子可能在更早的时候离开磁场。
5. 电子在磁场中的运动性质:第五题提到电子在磁场中做圆周运动,而非类平抛运动,因此选项A错误。电子在磁场中运动的时间与速度和磁场强度有关,而非宽度或高度,因此选项B正确。洛伦兹力不做功,选项C错误。电子离开磁场时速度方向未变,所以选项D错误。
6. 大量粒子的发射和磁场中的最长时间与最短时间:第六题中,粒子源发射大量粒子,最长时间和最短时间取决于粒子进入磁场的角度。最长时间对应于粒子垂直于磁场边界进入,而最短时间则是在磁场边界上入射角最大时。
7. 粒子源发射粒子的情况:第七题中,粒子源发射速度相同的粒子,粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间与粒子的入射角度有关。题目中提到粒子从Od方向射入时,运动半径为L,周期为t0,故粒子在磁场中的运动周期为2t0。
8. 粒子在特殊形状磁场中的运动:第八题中,粒子在等腰直角三角形磁场中运动,根据轨迹和离开位置可以判断粒子带正电,因为只有正电粒子才会逆时针旋转。粒子离开磁场的位置和初速度决定了它的轨迹半径和运动时间。
9. 平行磁场中粒子的轨迹和光屏位置:第九题讨论了粒子在平行磁场中运动并撞击光屏的可能性。要使所有粒子都无法打到光屏上,光屏应位于磁场边界之外,最短距离为半径r,即B正确。当一半粒子能打到荧光屏上时,粒子在磁场中的运动时间最短和最长之比与粒子入射角度有关。
10. 不同粒子在相同磁场中的偏转:第十题中,粒子a和b的偏转角不同,说明它们的电荷量与质量比(比荷)不同,因为偏转角θ正比于q/m。粒子b的偏转角会小于60°,因为它要么电荷量更小,要么质量更大。
以上是关于带电粒子在有边界匀强磁场中运动的相关知识点,包括粒子的运动规律、磁场边界对轨迹的影响、速度和磁感应强度的关系、粒子在磁场中的最长时间和最短时间、以及粒子在特殊几何形状磁场中的行为。这些内容对于理解带电粒子在磁场中的行为至关重要,是高中物理的重要考点。