- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示,在一底边长为2L,θ=45°的等腰三角形区域内(O为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场. 现有一质量为m,电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从O点垂直于AB进入磁场,不计重力与空气阻力的影响.
(1)粒子经电场加速射入磁场时的速度?
(2)磁感应强度B为多少时,粒子能以最大的圆周半径偏转后打到OA板?
(3)增大B,可延长粒子在磁场中的运动时间,求粒子在磁场中运动的极限时间.(不计粒子与AB板碰撞的作用时间,设粒子与AB板碰撞前后,电量保持不变并以相同的速率反弹)
正确答案
(1)
(2)
(3)
⑴粒子经电场加速射入磁场时的速度为v
由 (3分)
得 (2分)
⑵要使圆周半径最大,则粒子的圆周轨迹应与AC边相切,设圆周半径为R
由图中几何关系:
(3分)
由 (2分)
得
(2分)
⑶设粒子运动圆周半径为r, ,当r越小,最后一次打到AB板的点越靠近A端点,在磁场中圆周运动累积路程越大,时间越长. 当r为无穷小,经过n个半圆运动,最后一次打到A点. 有:
(1分)
圆周运动周期:
(2分)
最长的极限时间
(1分)
得:
(2分)
如图,真空室内存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度的大小B=0.60T,磁场内有一块平面感光板ab,板面与磁场方向平行,在距ab的距离l=16cm处,有一个点状的放射源S,它向各个方向发射
粒子,
粒子的速度都是
,已知
粒子的电荷与质量之比
,现只考虑在图纸平面中运动的
粒子,求ab上被
粒子打中的区域的长度。
正确答案
ab上被粒子打中的区域的长度:20cm
试题分析: 粒子带正电,故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动, 用R表示轨道半径,
由
由此得
代入数值得R=10cm
因不同方向发射的粒子的圆轨迹都过S,且2R>l>R。由此可知,某一圆轨迹在图中N左侧与ab相切,则此切点P1就是
粒子能打中的左侧最远点.为定出P1点的位置,可作平行于ab的直线cd,cd到ab的距离为R,以S为圆心,R为半径,作弧交cd于Q点,过Q作ab的垂线,它与ab的交点即为P1。
再考虑N的右侧。任何粒子在运动中离S的距离不可能超过2R,以2R为半径、S为圆心作圆,交ab于N右侧的P2点,此即右侧能打到的最远点。
由图中几何关系得
所求长度为
代入数值得 P1P2=20cm
(15分)如图,一匀强磁场磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,其边界是半径为R的圆.MN为圆的一直径.在M点有一粒子源可以在圆平面内向不同方向发射质量m、电量-q速度为v的 粒子,粒子重力不计,其运动轨迹半径大于R.
(1)求粒子在圆形磁场中运动的最长时间(答案中可包含某角度,需注明该角度的正弦或余弦 值);
(2)试证明:若粒子沿半径方向入射,则粒子一定沿半径方向射出磁场.
正确答案
略
(12分)如图所示,在第二象限的正方形区域内在着匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,一电子由P()点,沿
轴正方向射入磁场区域I.(电子质量为m,电荷量为e)
(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围.
(2)若电子从位置射出,求电子在磁场I中运动的时间t.
正确答案
(1)速度的范围为 (2)
试题分析:(1)能射入第三象限的电子临界轨迹如图所示,电子偏转半径范围为
由得
解得速度的范围为
(2)设电子在磁场中运动的轨道半径为R,得
解得
设圆心角为,
=0.8,
=53°
再由
所以
.(10分)如图所示,MN是匀强磁场的左边界(右边范围很大),磁场方向垂直纸面向里,在磁场中有一粒子源P,它可以不断地沿垂直于磁场方向发射出速度为v、电荷为+q、质量为m的粒子(不计粒子重力).已知匀强磁场的磁感应强度为B,P到MN的垂直距离恰好等于粒子在磁场中运动的轨道半径.求在边界MN上可以有粒子射出的范围.
正确答案
(1+)R
在图中画出两个过P且半径等于R的圆,其中的实线部分代表粒子在磁场中的运动轨迹,下面的圆的圆心O1在p点正下方,它与MN的切点f就是下边界,上面的圆的圆心为O2,过p点的直径的另一端恰在MN上(如图中g点),则g点为粒子射出的上边界点.
由几何关系可知:cf=R,cg==R
即可以有粒子从MN射出的范围为c点上方R至c点下方R,fg=(1+)R.
扫码查看完整答案与解析