高中物理計算磁場最小面積這類問題你覺得難嗎?考前磨磨槍唄!

2020-12-14 高考小物理

這題20分,你覺得你能得多少分?

如果真出在卷子上應該有不少人會笑吧,對基礎不錯的同學來說,除了第三問需要花點時間,前兩問還是相對好辦的哈。

時間寶貴,直接看題!

磁場大題最核心的就是搞清楚粒子運動的軌跡,就算計算不出來,心也不至於見到這類題就心裡發怵!

這種題思路很固定:找圓心——算半徑——求軌跡所對應圓心角——計算運動時間。

當然最核心的還是學會找圓心和求圓心角大小,因為這兩點搞不定那就更別提後面的計算了,也就會丟更多的分數。

具體分析:

第一問,不管求粒子比荷還是磁感應強度抑或速度,統統都是半徑公式r=mv/qB,當然列式子還是要寫qvB=mv方/r,通常情況下,第一問都是這麼搞定的。只不過稍微有點技術含量的就是確定圓心和半徑了。

題目中關於圓心的信息僅有「最左端坐標為(-2L,0)時,恰好完全打在木板上」這麼一句,但是已經足夠,它包含了粒子能夠運動的範圍。這時要想最左端這個距離從哪個方向射入的粒子能打到,然後畫出軌跡圖,再求出半徑就可以了。

粒子的運動半徑雖然沒求出來,但顯然是個定值,那麼軌跡圓就是大小固定的圓,並且這個圓一定是通過原點的。—————你想到什麼了嗎?(考查基礎了哈)對,動圓法!就讓軌跡圓繞著原點轉圈。轉圈的過程中注意讓軌跡圓經過題目給出的特殊點(-2L,0),觀察此時軌跡圓位置,正好圓在x軸上面是個半圓,圓心坐標定在(-L,0),半徑就等於L

這個動圓法經常會用到,並且很好用,只要看到題目中給定磁感應強度和速度並且過某個定點,那就要注意這種方法的使用。

第二問,在射入磁場的粒子中既然有射的最遠的,那也有射的最近的,這時要記得通過軌跡圓中對應弦的長短來判斷,弦越短,對應的劣弧長越短,運動時間也越短,在題目那些粒子中,打的最近的就是運動弧長最短的,顯然射入角度與x軸負方向夾角為30度那個粒子運動軌跡最短,對應的圓心角是60度,弦長恰好等於半徑L,就是這麼巧!

板長就只能等於2L-L=L了。

(對於轉大圈的優狐來說,弧長越長對應弦越短)

第三問,按理說這種最小磁場面積問題相對比較複雜的,有的題目要求磁場是圓形矩形或者三角形等特殊形狀,但是好在,咱們有動圓法可以用。

第一步先考慮磁場面積要保證能把所有粒子到達板子上方時速度方向要垂直。

第二步,在第一步基礎上把不必要的區域去掉後那就一定是最小磁場面積了。

從x軸正方向射入的粒子軌跡圓(整個圓)開始逆時針轉90度,只要圓掃過的面積都算,觀察發現x軸下方的半圓面積肯定不需要,先把他去掉。

要想保證所有粒子垂直射向板子,那就需要粒子恰好運動至軌跡圓與豎直方向相切的位置,只有這時粒子運動方向正好是豎直向下,並且從這個位置開始再繼續豎直向下運動的區域內不能存在磁場(需要挖去的部分),要不然粒子就會繼續圓周運動而不是直線運動了。

此時最難想到的就是確定軌跡圓與豎直線切點的軌跡,直接求不容易,但是咱們可以先求軌跡圓圓心的運動軌跡,然後切點的軌跡相當於是圓心的軌跡向左移動了半徑那麼長的距離。

能想到這一點就大功告成了。圓心軌跡很好求,就是個四分之一圓,那麼,切點軌跡也一定是個四分之一圓,這部分圓下面的磁場一定要挖去,再加上豎直向上射入的粒子在x軸上半部分軌跡圓下方也不需要磁場,此時恰好相當於挖去了整個半圓。

最小的磁場面積就徹底畫出來了。

最後計算時間,那簡直太容易了。不再贅述。

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