- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示,有两个磁感应强度均为B、但方向相反的匀强磁场,OP是它们的分界面。有一束电量均为q、但质量不全相同的带电粒子,经过相同的电场加速后,从O处沿与OP和磁场都垂直的方向进入磁场,在这束粒子中有一些粒子的轨迹如图所示。已知OP=L,加速电场的电势差为U,重力不计,问。
(1)按图示的轨迹到达P点的每个粒子的质量m为多大?
(2)在这束粒子中,质量为m的多少倍的粒子也可能到达P点?(设质量为m1)
正确答案
(1)(2)
试题分析:粒子在电场中加速 qU=
在磁场中轨道半径 r=
洛伦兹力提供向心力 qvB=
解得
(2)设质量m1.粒子在电场中加速 qU=
在磁场中轨道半径 L=n.2r1 (n=2.3.4…….)
洛伦兹力提供向心力 qv1B=
解得
则质量为原质量的倍 (n=2.3.4……..)
点评:在垂直的磁场中做匀速圆周运动.圆周运动的可建立几何关系来列式求解.
两个带电粒子的电量相同,质量之比m1∶m2=1∶4,它们以相同的初动能同时垂直于磁场方向射入到同一匀强磁场中。⑴求这两个粒子的运动半径之比、周期之比、角速度之比;⑵若质量为m1的带电粒子在磁场中转了20圈,求质量为m2的粒子在磁场中转了几圈?(粒子重力不计)
正确答案
⑴;
;
⑵
⑴磁场力充当向心力,,由于动能相同,
,所以
由,
,由角速度和周期的关系,
,得
⑵设粒子1运动的时间为t=20T1,依题意粒子2的运动时间也为t=n2T2,所以粒子2运动的圈数为(圈)
如图所示,水平放置的平行金属板A和B的间距为d,极板长为2d;金属板右侧用三块挡板MN、NP、PM围成一个等腰直角三角形区域,顶角NMP为直角,MN挡板上的中点处有一个小孔K恰好位于B板的右端,已知水平挡板NP的长度为=2
a。由质量为m、带电量为+q的同种粒子组成的粒子束,以速度v0从金属板A、B左端沿紧贴板A但不接触板A处射入,不计粒子所受的重力,若在A、B板间加一恒定电压,使粒子穿过金属板后恰好打到小孔K。求:
⑴.所施加的恒定电压的大小;
⑵.现允许在挡板围成的三角形区域内,加一垂直纸面的匀强磁场,要使从小孔K飞入的粒子经过磁场偏转后能直接(不与其他挡板碰撞)打到挡板MP上,求所加磁场的方向和磁感应强度的范围。
⑶.在第⑵问的前提下,以M为原点,沿MP方向建立x轴,求打到挡板MP上不同位置(用坐标x表示)的粒子在磁场中的运动时间
正确答案
略
(16分)显像管的简要工作原理如图所示:阴极K发出的电子(初速度可忽略不计)经电压为U的高压加速电场加速后,沿直线PQ进入半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面,圆形磁场区域的圆心O在PQ直线上,荧光屏M与PQ垂直,整个装置处于真空中.若圆形磁场区域内的磁感应强度的大小或方向发生变化,都将使电子束产生不同的偏转,电子束便可打在荧光屏M的不同位置上,使荧光屏发光而形成图象,其中Q点为荧光屏的中心.已知电子的电量为e,质量为m,不计电子重力.
(1)求电子射出加速电场时的速度大小;
(2)若圆形区域的磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,求电子离开磁场时的偏转(即出射方向与入射方向所夹的锐角)θ的大小.
(3)若阴极在发出电子的同时还发出一定量的SO42-离子,SO42-离子打在荧光屏上,屏上将出现暗斑,称为离子斑.请根据下面所给出的数据,通过计算说明这样的离子斑将主要集中在荧光屏上的哪一部位.(电子的质量m=9.1×10-31kg,SO42-离子的质量m′=1.6×10-25kg,不计SO42-离子所受的重力及与电子之间的相互作用)
正确答案
(1)(2)
(3)
试题分析:(1)电场力对电子做功 3分
解得 2分
(2)电子在磁场中做圆周运动
2分
解得 1分
如图 2分
解得 1分
(3)SO42-离子离开磁场时的偏转角满足θ′满足
2分
所以有 2分
即SO42-离子的偏转角远小于电子的偏转角,所以,观看到的离子斑将主要集中在荧光屏上的中央位置附近。
点评:题涉及到带电粒子在电场和磁场的运动情况,对同学们的分析能力和数学功底要求较高,难度很大,属于难题.
如图4所示,在xOy坐标系第一象限内有一个与x轴相切于Q点的圆形有界匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,一带电粒子(不计重力)质量为m,带电荷量为+q,以初速度从P点进入第一象限,
,经过该圆形有界磁场时,速度方向偏转了
,从x轴上的Q点射出。
问:在第一象限内圆形磁场区域的半径多大?
正确答案
根据上述特点2可知,速度偏转角为,那么弦切角就为
,我们可以先做出弦,并且弦一定过Q点,因此,做出过Q点且平行于y轴的直线,与初速度
方向的交点为A,A点就是入射点,AQ就是弦,又因为区域圆在Q点与x轴相切,AQ也是区域圆的直径,如图4。轨迹圆心为Q’,圆心角为
,
为等边三角形,半径
,
所以圆形磁场区域的半径为
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