全国通用2016版高考物理考前三个月高考题型集训第6题预测题型3带电粒子在磁场中的圆周运动

【知识点详解】 1. 带电粒子在磁场中的圆周运动原理： 当带电粒子以速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场时，它会受到一个与速度方向垂直的洛伦兹力F，这个力提供了粒子做圆周运动所需的向心力。根据牛顿第二定律，向心力F等于粒子质量和速度平方的乘积除以半径R，即F = mv²/R。由于洛伦兹力F=qvB（q是粒子的电荷量），可以得出粒子做圆周运动的半径R与粒子速度v、磁感应强度B、粒子电荷量q和质量m的关系为R = mv/(qB)。 2. 圆周运动的周期和角速度： 粒子在磁场中做圆周运动的周期T可以通过洛伦兹力和向心力的平衡关系推导出来，T=2πm/(qB)。周期与粒子的速度v无关，只与粒子的质量m、磁感应强度B和电荷量q有关。因此，改变粒子速度不会影响其运动周期，但会影响轨道半径。同样，角速度ω=2π/T，所以角速度也与速度v无关。 3. 圆周运动的加速度和速度变化： 加速度a等于向心加速度，即a=v²/R。由于R与速度v成正比，所以加速度a也与速度v成正比。因此，如果粒子的速度增大，其加速度也会增大。同时，改变磁场强度B也会直接影响粒子的加速度，因为这会改变粒子的半径R。 4. 磁场强度对粒子运动的影响： 增大磁场强度B，粒子的圆周运动半径R会减小，但周期T保持不变。相反，如果减小B，R会增大。然而，无论磁场强度如何变化，粒子的角速度和周期都是固定的。 5. 轨道和时间的关系： 在某些情况下，可以根据粒子进入磁场时的位置和速度，以及磁场的性质，计算出粒子离开磁场时的位置和时间。例如，粒子从磁场边缘垂直射入和射出时，可以根据半径R和粒子的初速度v确定粒子在磁场中的运动路径和时间。 6. 粒子源发射的粒子： 当粒子源向磁场发射大量粒子时，粒子的运动时间和轨迹取决于它们的初始速度和进入磁场的角度。对于特定的磁场，粒子在磁场中做完整圆周运动的时间是相同的，但是从不同位置射入的粒子可能会有不同的飞行时间，取决于它们离开磁场的边界。 通过以上分析，我们可以看到带电粒子在磁场中的圆周运动涉及了物理学中的基本概念，包括洛伦兹力、向心力、圆周运动的周期和角速度，以及磁场强度对粒子轨迹的影响。这些都是高中物理高考的重要考点，需要学生深入理解和掌握。