例谈带电粒子在磁场中运动问题分析解答

王久平

带电粒子在匀强磁场中的运动问题是高考命题的热点。本文结合例题谈谈这类题的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美国物理学家劳伦斯发明的，主要用于加速带电粒子，使之获得较大的动能，回旋加速器的核心部分实际上由两个D形金属扁盒组成，两盒分别与一高频交流电源的两极连接，从而在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速。并把两盒置于匀强磁场中，只要磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，如果粒子源射出的粒子电荷量为q、质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，磁场的磁感应强度为B，问：

（1）粒子在盒内磁场中作何种运动？

（2）粒子在两盒间狭缝内作何种运动？

（3）所加交变电压频率为多大，粒子运动角速度为多大？

（4）粒子离开加速器时速度为多大？

解析：（1）D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场。盒内有垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。

（2）两盒间狭缝内有匀强电场，且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上，故粒子做匀加速直线运动。

（3）粒子在电场中运动时间极短，高频交变电压频率要符合粒子回旋频率。

[问题拓展]

物理学的发展对科学及生活的各个方面都有重大影响，也是人类社会发展的重要动力。教学中，如能让学生从物理学科的发展史、现代科技的发展史，甚至人类文明的发展史等角度来进行学科认知，解决问题将会事半功倍。比如在学习重力时，可以联系牛顿对力学的研究史设计问题；在学习万有引力定律时，通过介绍多位科学家的研究历程及结论，再联系开普勒及牛顿科学研究过程设计问题，可以提高学生学习的积极性，增强学习的兴趣。endprint

带电粒子在匀强磁场中的运动问题是高考命题的热点。本文结合例题谈谈这类题的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美国物理学家劳伦斯发明的，主要用于加速带电粒子，使之获得较大的动能，回旋加速器的核心部分实际上由两个D形金属扁盒组成，两盒分别与一高频交流电源的两极连接，从而在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速。并把两盒置于匀强磁场中，只要磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，如果粒子源射出的粒子电荷量为q、质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，磁场的磁感应强度为B，问：

（1）粒子在盒内磁场中作何种运动？

（2）粒子在两盒间狭缝内作何种运动？

（3）所加交变电压频率为多大，粒子运动角速度为多大？

（4）粒子离开加速器时速度为多大？

解析：（1）D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场。盒内有垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。

（2）两盒间狭缝内有匀强电场，且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上，故粒子做匀加速直线运动。

（3）粒子在电场中运动时间极短，高频交变电压频率要符合粒子回旋频率。

[问题拓展]

物理学的发展对科学及生活的各个方面都有重大影响，也是人类社会发展的重要动力。教学中，如能让学生从物理学科的发展史、现代科技的发展史，甚至人类文明的发展史等角度来进行学科认知，解决问题将会事半功倍。比如在学习重力时，可以联系牛顿对力学的研究史设计问题；在学习万有引力定律时，通过介绍多位科学家的研究历程及结论，再联系开普勒及牛顿科学研究过程设计问题，可以提高学生学习的积极性，增强学习的兴趣。endprint

带电粒子在匀强磁场中的运动问题是高考命题的热点。本文结合例题谈谈这类题的分析解答。

【例1】 回旋加速器是美国物理学家劳伦斯发明的，主要用于加速带电粒子，使之获得较大的动能，回旋加速器的核心部分实际上由两个D形金属扁盒组成，两盒分别与一高频交流电源的两极连接，从而在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速。并把两盒置于匀强磁场中，只要磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，如果粒子源射出的粒子电荷量为q、质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，磁场的磁感应强度为B，问：

（1）粒子在盒内磁场中作何种运动？

（2）粒子在两盒间狭缝内作何种运动？

（3）所加交变电压频率为多大，粒子运动角速度为多大？

（4）粒子离开加速器时速度为多大？

解析：（1）D形盒由金属导体制成，可屏蔽外电场，因而盒内无电场。盒内有垂直盒面的磁场，故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动。

（2）两盒间狭缝内有匀强电场，且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上，故粒子做匀加速直线运动。

（3）粒子在电场中运动时间极短，高频交变电压频率要符合粒子回旋频率。

[问题拓展]

物理学的发展对科学及生活的各个方面都有重大影响，也是人类社会发展的重要动力。教学中，如能让学生从物理学科的发展史、现代科技的发展史，甚至人类文明的发展史等角度来进行学科认知，解决问题将会事半功倍。比如在学习重力时，可以联系牛顿对力学的研究史设计问题；在学习万有引力定律时，通过介绍多位科学家的研究历程及结论，再联系开普勒及牛顿科学研究过程设计问题，可以提高学生学习的积极性，增强学习的兴趣。endprint