抛体运动与圆周运动 万有引力定律(2)

2019-09-01 12:54

由几何知识可得质量为的离子在磁场中运动所对应的圆心角

所以它在磁场中的运动时间t′为

二、带电粒子在不同边界磁场中运动

例2. (2007·临沂期末)如图所示在某空间实验室中,有两个靠在一起的等大的圆柱形区域,分别存在着等大反向的匀强磁场,磁感应强度B=0.10T,磁场区域半径

,左侧区圆心为

,磁场向里,右侧区圆心为

,带电荷量正对

,磁场向C的某种

外,两区域切点为C,今有质量离子,从左侧边缘的A点以速度越C点后再从右侧区域穿出,求:

的方向垂直射入磁场,它将穿

(1)该离子通过两磁场区域所用的时间;

(2)离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大?(侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离)

思路点拨:(1)带电粒子进入圆形边界的磁场沿半径方向射入,必沿半径方向射出。

(2)粒子在左右两区域的运动轨迹具有对称性。

标准解答:(1)离子在磁场中做匀速圆周运动,在左右两区域的运动轨迹是对称的,如图所示,设轨迹半径为R,圆周运动的周期为T。

由牛顿第二定律 ①

又: ②

联立①②得: ③

将已知代入③得R=2m ⑤

由轨迹图知:,即

则全段轨迹运动时间: 联立④⑥并代入已知得

(2)在图中过 侧移距离

作垂线,联立轨迹对称关系

将已知代入得

三、电偏转和磁偏转的综合

例3. (2007·福州期末)如图甲所示,电子从加速电场的O点出发(初速度不计),经电压为

的加速电场后沿中心线进入两平行金属板MN间的匀强电

,两极板

场中,通过电场后打到荧光屏上的P点处,设M、N板间的电压为间距离d与板长l相等,均为L,已知求:

(1)电子进入偏转电场时的速度; (2)电子离开偏转电场时的偏转角度; (3)若撤去M、N间的电压

,电子的比荷

,而在两平行板间直径为L的圆形区域内加

一方向垂直纸面向里的匀强磁场(如图乙所示,圆心恰好在平行板的正中间),要使电子通过磁场后仍打在荧光屏上的P点处,则磁感应强度B的大小为多大?

思路点拨:(1)由动能定理即可求得电子经加速电场加速后的速度。

(2)电子在偏转电场中的运动为类平抛运动,偏转角。

(3)电子在磁场中偏转仍到P点,偏转角不变,因此可以由几何关系和洛伦兹力提供向心力求解磁感应强度。

标准解答:(1)根据动能定理

求得:

(2)电子在偏转电场中做类平抛运动,

联立以上式子代入数据得:

(3)加磁场后,电子在磁场中做匀速圆周运动,设圆周轨道为R,磁场半径r=0.5L,要使电子通过磁场后仍打在P点,偏向角

由几何知识得:

洛伦兹力提供向心力,即

整理并代入数据得:

四、带电粒子在复合场中的运动 1. 带电粒子在复合场中的运动

这一类严格来说不能叫在复合场中的运动,它只是在不同场中的运动,先在电场中应用电场中的物理规律,如式①;再在磁场中,应用磁场的物理规律,即定圆心,找半径,画轨迹的办法来解决,如式②③。即分析清楚题目中所描述的物理情景,分清几个过程,针对不同的物理过程遵循的物理规律列方程

例4. 电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为O,半径为r。当不加磁场时,电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P,需要加磁场,使电子束偏转一已知角度?,此时磁场的磁感应强度B应为多少?

(全国理综卷)

解析:电子在磁场中沿圆弧ab运动,圆心为C,半径为R。如图所示。以v表示电子进入磁场时的速度,m、e分别表示电子的质量和电量,则

eU=mv2 ①

evB=

② ③

又有tg=

由以上各式解得 B=

2. 带电粒子在电磁场中的匀速直线运动

带电粒子在电磁场中做匀速直线运动时,合外力为零。

例5. 在如图所示的平行板器件中,电场E和磁场B相互垂直。如果电荷q具有适当的速度,它将沿图中所示虚线穿过两板的空间而不发生偏转。这种器件能


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