在电场中粒子的磁场中每一次的位移是l。
第3次到达x轴时,粒子运动的总路程为一个半圆周和六个位移的长度之和。
【错解原因】
错解是由于审题出现错误。他们把题中所说的“射出之后,第3次到达x轴”这段话理解为“粒子在磁场中运动通过x轴的次数”没有计算粒子从电场进入磁场的次数。也就是物理过程没有搞清就下手解题,必然出错。
【分析解答】
粒子在磁场中的运动为匀速圆周运动,在电场中的运动为匀变速直线运动。画出粒子运动的过程草图10-24。根据这张图可知粒子在磁场中运动半个周期后第一次通过x轴进入电场,做匀减速运动至速度为零,再反方向做匀加速直线运动,以原来的速度大小反方向进入磁场。这就是第二次进入磁场,接着粒子在磁场中做圆周运动,半个周期后第三次通过x轴。
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Bqv=mv/R
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在电场中:粒子在电场中每一次的位移是l
第3次到达x轴时,粒子运动的总路程为一个圆周和两个位移的长度之和。
【评析】
把对问题所涉及到的物理图景和物理过程的正确分析是解物理题的前提条件,这往往比动手对题目进行计算还要重要,因为它反映了你对题目的正确理解。高考试卷中有一些题目要求考生对题中所涉及到的物理图景理解得非常清楚,对所发生的物理过程有正确的认识。这种工作不一定特别难,而是要求考生有一个端正的科学态度,认真地依照题意画出过程草图建立物理情景进行分析。
例14 一个负离子的质量为m,电量大小为q,以速度v0垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中,如图10-25所示。磁感应强度B方向与离子的初速度方向垂直,并垂直于纸面向里。如果离子进入磁场后经过时间t到这位置P,证明:直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t
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【错解】
根据牛顿第二定律和向心加速度公式
【错解原因】
高中阶段,我们在应用牛顿第二定律解题时,F应为恒力或平均力,本题中洛仑兹力是方向不断变化的力。不能直接代入公式求解。
【分析解答】
如图10-26,当离子到达位置P时圆心角为
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【评析】
时时要注意公式的适用条件范围,稍不注意就会出现张冠李戴的错误。 如果想用平均力的牛顿第二定律求解,则要先求平均加速度
例15 图10-27为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同的粒子沿电场方向进入场区,求能逸出场区的粒子的动能增量ΔEk。
【错解】
当这束初速度不同、电量为+q、质量为m的带电粒子流射入电场中,由于带电粒子在磁场中受到洛仑兹力是与粒子运动方向垂直的,粒子将发生不同程度的偏转。有些粒子虽发生偏转,但仍能从入射界面的对面逸出场区;有些粒子则留在场区内运动。
从粒子射入左边界到从右边界逸出,电场力做功使粒子的动能发生变化。根据动能定理有:
Eqd=ΔEk
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【错解原因】
错解的答案不错,但是不全面。没有考虑仍从左边界逸出的情况。 【分析解答】
由于带电粒子在磁场中受到洛仑兹力是与粒子运动方向垂直的。它只能使速度方向发生变。粒子速度越大,方向变化越快。因此当一束初速度不同、电量为+q、质量为m的带电粒子射入电场中,将发生不同程度的偏转。有些粒子虽发生偏转,但仍能从入射界面的对面逸出场区(同错解答案);有些粒子将留在场区内运动;有些粒子将折回入射面并从入射面逸出场区。由于洛仑兹力不会使粒子速度大小发生变化,故逸出场区的粒子的动能增量等于电场力功。对于那些折回入射面的粒子电场力功为零,其动能不变,动能增量ΔEk=0。
【评析】
本题考查带电粒子在磁场中的运动和能量变化。这道题计算量很小,要求对动能定理、电场力、磁场力等基本概念、基本规律有比较深入的理解,而且能够与题目所给的带电粒子的运动相结合才能求得解答。在结合题意分析时,特别要注意对关键词语的分析。本题中:“逸出场区”的准确含义是从任何一个边界逸出场区均可。
例16 初速度为零的离子经过电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,与离子枪相距d处有两平行金属板MN和PQ,整个空间存在一磁感强度为B的匀强磁场如图10-28所示。不考虑重力的作用,荷质比q/m(q,m分别为离子的带电量与质量),应在什么范围内,离子才能打到金属板上?
【错解】
离子在离子枪内加速,出射速度为
由牛顿第二定律离子在磁场中离子的加速度为
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