这节内容在高考试题中经常出现,并且以比较新的形式出现,同学们要在掌握基本知识的基础上灵活运用。
(2006年全国卷)如图所示,在x<0与x>0的区域中,存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面向里,且B1>B2.一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出,要使该粒子经过一段时间后又经过O点,B1与B2的比值应满足什么条件?

解析:
粒子所受洛伦兹力不做功,在整个运动过程中的速度大小恒为v,交替地在xy平面内B1与B2磁场区域中做匀速圆周运动,轨道都是半个圆周.
设粒子的质量和电荷量的大小分别为m和q,圆周运动的半径分别为r1和r2,根据
,有
①
②
由于B1>B2,所以,
。
粒子在B1和B2磁场区域中运动的轨迹如图所示。在xy平面内,粒子先沿半径为r1的半圆C1运动至y轴上离O点距离为2 r1的A点,接着沿半径为r2的半圆D1运动至O1点,此时完成一次周期性的运动。则OO1的距离
d=2(r2-r1) ③
此后,粒子每经历一次“回旋”(即从y轴出发沿半径为r1的半圆和半径为r2的半圆运动回到原点下方的y轴上),粒子的y坐标就减小d.
设粒子经过n次回旋后与y轴交于On点,若OOn即nd满足:
nd=2r1 ④
则粒子再经过半圆Cn+1就能经过原点O,式中n=1,2,3,…为回旋次数.
联立③④解得
(n=1,2,3,…) ⑤
联立①②⑤可得B1、B2应满足的条件:
(n=1,2,3,…)
答案:
(n=1,2,3,…)
题型特点与命题趋向:本题考查带电粒子在磁场中的运动,测试分析综合能力。通过分析带电粒子的受力情况,确定圆心、画出其运动轨迹示意图是解答这类问题的关键。磁偏转是高考考查的重点内容之一。