- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图a所示,一个质量为m=2.0×10-11kg,电荷量g=1.0×10-5C的带负电粒子(重力忽略不计),从静止开始经U1=100V电压加速后,垂直于场强方向进入两平行金属板间的匀强偏转电场。偏转电场的电压U2=100V,金属板长L=20cm,两极间距
(1)粒子进人偏转电场时的速度v0大小;
(2)粒子射出偏转电场时的偏转角θ;
(3)在匀强电场的右边有一个足够大的匀强磁场区域。若以粒子进入磁场的时刻为t=0,磁感应强度B的大小和方向随时间的变化如图b所示,图中以磁场垂直于纸面向内为正。如图建立直角坐标系(坐标原点为微粒进入偏转电场时初速度方向与磁场的交边界点)。求在时粒子的位置坐标(X、Y)。(答案可以用根式表示,如用小数,请保留两位有效数字)
正确答案
(1)(2)
(3)
如图所示,质量为m,带电量为q的小球在倾角为α的光滑斜面上,由静止开始下滑,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力位零。问:
(1)小球的带电性如何?
(2)此时小球下滑的速度为多少?
(3)小球下滑的位移为多少?
正确答案
(1)负电
(2)
(3)
如图所示,在真空中半径r=3.0×10-2m的圆形区域内,有磁感应强度B=0.2T、方向垂直向里的匀强磁场,带正电的粒子以初速度υo=1.0×106m/s从磁场边界上的a端沿各个方向射入磁场,速度方向都垂直于磁场方向,已知ab为直径,粒子的比荷詈=1.0×108C/kg,不计粒子重力,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
小题1:粒子做圆周运动的半径。
小题2:粒子在磁场中运动的最长时间。
小题3:若射人磁场的速度改为υo=3.0×105m/s,其他条件不变,求磁场边界上有粒子击中的圆弧的长度。
正确答案
小题1:0.05m
小题2:
小题3:
(1)为使粒子始终在半径为R的圆轨道上运动,磁场必须周期性递增。求粒子从t=0时刻起绕行第n圈时的磁感应强度;
(2)求粒子从t=0时刻起绕行n圈回到P板所需的总时间。
正确答案
(1)(2)
(1)粒子绕行n圈获得的动能等于电场力对粒子做的功,设粒子绕行n圈获得的速度为,根据动能定理,
由 (4分) 解得
(2分)
粒子在环形区域磁场中,受洛伦兹力作用做半径为R的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律和向心力公式,得 (4分)解得
(2分)
(2)粒子绕行第n圈所需时间
(4分)
粒子绕行n圈所需总时间为
(4分)
如图所示,在直角坐标系xoy的原点O处有一放射源S,放射源S在xOy平面内均匀发射速度大小相等的正电粒子,位于y轴的右侧垂直于x轴有一长度为L的很薄的荧光屏MN,荧光屏正反两侧均涂有荧光粉,MN与x轴交于O'点。已知三角形MNO为正三角形,放射源S射出的粒子质量为m,带电荷量为q,速度大小为v,不计粒子的重力。
(1)若只在y轴右侧加一平行于x轴的匀强电场,要使y轴右侧射出的所有粒子都能打到荧光屏MN上,试求电场强度的最小值Emin及此条件下打到荧光屏M点的粒子的动能;
(2)若在xOy平面内只加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使粒子能打到荧光屏MN的反面 O'点,试求磁场的磁感应强度的最大值Bmax;
(3)若在xOy平面内只加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度与(2)题中所求Bmax相同,试求粒子打在荧光屏MN的正面O'点所需的时间t1和打在荧光屏MN的反面O'点所需的时间t2之比。
正确答案
(1)(2)
(3)
∶
=1∶2
(1)所加电场电场强度的最小值对应沿着
轴正方向射出的带电粒子正好打在荧光屏的端点
这一临界状态。对该临界态的粒子有
,
(3分)
其中为该粒子运动的时间, 解得
(2分)
对此时从射出能打到荧光屏上的任一粒子(包括打到荧光屏
点的粒子),设它到达屏时的动能为
,由动能定理有
-
(2分)
解得=
(2分)
(2)由题意,所加磁场的最大磁感应强度对应来自
的粒子恰好经过荧光屏下端点N后打到
这一临界状态,如图所示(圆心在
)。从图中的几何关系得,粒子在磁场中做圆周运动的半径
满足
(2分)
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有
(2分)
联立解得 (1分)
(3)打在荧光屏正面O点的粒子的圆弧轨迹见图(圆心在),根据匀速圆周运动规律有
,
(2分)
由图中的几何关系得 (2分)
联立解得∶
=1∶2 (1分)
本题考查了带电粒子在磁场电场中运动,选好临界状态最关键,当加电场时所加电场电场强度的最小值对应沿着
轴正方向射出的带电粒子正好打在荧光屏的端点
这一临界状态,当加磁场时所加磁场的最大磁感应强度
对应来自
的粒子恰好经过荧光屏下端点N后打到
这一临界状态
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