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
④
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
⑥
(2)在图中过 侧移距离
向
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
④