- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示,在直线AA1右侧有磁感强度为B的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的某离子垂直磁场方向、且沿与AA1边界成θ=300角的方向射入磁场中,求离子在磁场中运动的时间?
正确答案
或
试题分析:离子在磁场中作匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,运动周期为;
(1)若离子带正电,其,运动轨迹所对的圆心角为:
所以运动时间为:
(2)若离子带负电,其运动轨迹如图所示,离子在磁场中运动轨迹所对的圆心角为:
.所以运动时间为:
(16分)如图所示的直角坐标系第、
象限内存在方向向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.5T,处于坐标原点O的放射源不断地放射出比荷
C/kg的正离子,不计离子之间的相互作用。
⑴求离子在匀强磁场中运动周期;
⑵若某时刻一群离子自原点O以不同速率沿x轴正方向射出,求经过s时间这些离子所在位置构成的曲线方程;
⑶若离子自原点O以相同的速率v0=2.0×106m/s沿不同方向射入第象限,要求这些离子穿过磁场区域后都能平行于y轴并指向y轴正方向运动,则题干中的匀强磁场区域应怎样调整(画图说明即可)?并求出调整后磁场区域的最小面积。
正确答案
(1)π×10-6s (2) (3)
试题分析:⑴根据牛顿第二定律 有 2分
运动周期 2分
⑵离子运动时间 2分
根据左手定则,离子沿逆时针方向作半径不同的圆周运动,
转过的角度均为 1分
这些离子所在位置均在过坐标原点的同一条直线上,
该直线方程 2分
⑶离子自原点O以相同的速率v0沿不同方向射入第一象限磁场,均做逆时针方向的匀速圆周运动
根据牛顿第二定律 有 2分
m 1分
这些离子的轨道圆心均在第二象限的四分之一圆弧AC上,欲使离子穿过磁场区域后都能平行于y轴并指
向y轴正方向运动,离开磁场时的位置在以点(1,0)为圆心、半径R=1m的四分之一圆弧(从原点O起顺时针转动)上,磁场区域为两个四分之一圆的交集,如图所示 2分
调整后磁场区域的最小面积m2 2分
将氢原子中电子的运动看作绕氢核做匀速圆周运动,这时在研究电子运动的磁效应时,可将电子的运动等效为一个环形电流,环的半径等于电子的轨道半径r.现对一氢原子加上一外磁场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直电子的轨道平面.这时电子运动的等效电流用I1来表示.现将外磁场反向,但磁场的磁感应强度大小不变,仍为B,这时电子运动的等效电流用I2来表示.假设在加上外磁场以及外磁场反向时,氢核的位置,电子运动的轨道平面以及轨道半径都不变,求外磁场反向前后电子运动的等效电流的差即|I1-I2|等于多少?用m和e表示电子的质量和电量.
正确答案
试题分析:电子绕核做匀速圆周运动有 设电子绕核运动的轨道半径为r,运动的速度为v,等效电流
加磁场后,若设电子的运动速度为v1,磁场反向后,电子的运动速率为v2,
则有
联立求解得
所以
如图所示,在X轴上方有匀强磁场B,一个质量为,带电荷量为
的粒子,以速度
从O点射入磁场,角
已知,粒子重力不计,求:
(1)粒子在磁场中运动的时间;
(2)粒子离开磁场的位置与O点间的距离。
正确答案
(1)(2)S=2rsin
试题分析:先确定其大概的轨迹,然后由几何关系确定圆心角、弦长与半径的关系,如图
半径
。 ——3′
圆心角为
∴ 运动时间。 ——3′
2.离开磁场的位置与入射点的距离即为弦长
S=2rsin。 ——3′
点评:做此类型题目的一般步奏为:画轨迹,定圆心,求半径,
(22分)如图所示,虚线MO与水平线PQ相交于O,二者夹角θ=30°,在MO左侧存在电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场,MO右侧某个区域存在磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场,O点处在磁场的边界上.现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸面内以速度v()垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左.不计粒子的重力和粒子间的相互作用力,求:
(1)速度最大的粒子自O点射入磁场至返回水平线POQ所用的时间。
(2)磁场区域的最小面积。
正确答案
(1)(2)
或
(1)粒子的运动轨迹如图所示,设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,粒子在匀强磁场中运动时间为t1则 即 (2分)
①
② (2分)
③ (2分)
设粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,设匀速运动的距离为s,匀速运动的时间为t2
由几何关系知:
S=Rcotθ ④ (2分)
⑤ (2分)
过MO后粒子做类平抛运动,设运动的时间为,则:
⑥ (2分)
又由题知: ⑦
则速度最大的粒子自O进入磁场至重回水平线POQ所用的时间⑧ (2分)
解①②③④⑤⑥⑦⑧得: (2分)
(2)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积。
扇形的面积
⑨ (2分)
的面积为:
⑩ (2分)
又 (11)
联立①⑦⑨⑩(11)得:或
(2分)
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