Question

（18分）洛伦兹力演示仪是由励磁线圈（也叫亥姆霍兹线圈）、洛伦兹力管和电源控制部分组成的。励磁线圈是一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。洛伦兹力管的圆球形玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，电子在玻璃泡内运动时，可以显示出电子运动的径迹。其结构如图所示。

（1）给励磁线圈通电，电子枪垂直磁场方向向左发射电子，恰好形成如“结构示意图”所示的圆形径迹，则励磁线圈中的电流方向是顺时针方向还是逆时针方向？

（2）两个励磁线圈中每一线圈为N = 140匝，半径为R =140 mm，两线圈内的电流方向一致，大小相同为I =1.00A，线圈之间距离正好等于圆形线圈的半径，在玻璃泡的区域内产生的磁场为匀强磁场，其磁感应强度（特斯拉）。灯丝发出的电子经过加速电压为U=125V的电场加速后，垂直磁场方向进入匀强磁场区域，通过标尺测得圆形径迹的直径为D =80.0mm，请估算电子的比荷。（答案保留2位有效数字）

（3）为了使电子流的圆形径迹的半径增大，可以采取哪些办法？

 

Answer 1

（1）顺时针方向

（2）

（3）增大加速电压；减小线圈中的电流。

解析:

（1）励磁线圈中电流方向是顺时针方向。       （3分）

（2）电子在加速电场中加速，由动能定理

                            ①

   电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力

                            ②

                             D= 2r                               ③

   解得：                     ④

又                 ⑤

   代入数据得：         ⑥      (12分)

 （3）增大加速电压；减小线圈中的电流。      （3分）