3.2 磁 场 例1.设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R.则有 qv0B=m ①圆心在过A与v0方向垂直的直线上.它到A点距离为R.如图所示.图中直线AD是圆轨道的弦.故有∠OAD=∠ODA.用γ表示此角度.由几何关系知 2Rcosγ=AD ② dcosβ=AD ③ α+β+γ=π/5 ④ 解②③④得R=⑤代入①得B=⑥ 例2.(1)rm=2×10-2m (2)该电子运动轨迹圆心板H处.恰能击中B板M处.随着电子速度的减小.电子轨迹半径也逐渐减小.击中B板的电子与Q点最远处相切于N点.此时电子的轨迹半径为d.并恰能落在下板上H处.所以电子击中B板MN区域和A板PH区域.在△MFH中 FH= QM=PF=(2-)d=2.68×10-3m ON=d=1×10-2m PH=2d=2×10-2m电子能击中B板Q点右侧与Q点相距2.68×10-3m─1×10-2m的范围.电子能击中A板P点右侧与P点相距0─1×10-2m范围. (3)要使P点发出的电子能击中Q点.则有r=mv/Be rsinθ=d/2 解得 vsinθ=8×106 v取最大速度 3.2×107m/s时.sinθ=1/4,θnim=arcsin1/4 v取最小速度时θmax=π/2 vnim=8×106m/s,所以电子速度与θ之间应满足vsinθ=8×106 且θ∈[arcsin1/4, π/2] v∈[8×106m/s, 3.2×107m/s] 例3. 例4.(1)由于碰撞时速度v与边垂直.粒子运动轨迹的圆心一定位于三角形的边上.粒子绕过三角形顶点DEF时的圆心就一定要在相邻边的交点上.粒子从S点开始向左做圆周运动.其轨迹为一系列半径为R的半圆.在SD边上最后一次的碰撞点与D点的距离应为R.所以SD的长度应是R的奇数倍.即粒子从FE边绕过E点转回到S点时.情况类似.即DE长度也是轨道半径的奇数倍.即DE=RK.又因为DE=3DS.因此为使粒子与三角形各边发生垂直碰撞.R必须满足下面的条件:Rn=,此时SE=3DS=Rn,SE为RN的奇数倍的条件自然也满足.只要粒子绕过D点与FD相碰.由对称性关系可知.以后的碰撞都能与三角形边垂直. 根据牛顿第二定律.有Bqv=mv2/Rn,得vn=-BqRn/m 所以vn= ① (2)这些粒子在磁场中运动时.由式①可知vn越大.n取值越小.其最小值为n=1. 那么此种情况下粒子与边碰撞的次数最少.而T=2πm/Bq,故经历时间也愈小.如 图所示.由图可看出该粒子的轨迹包括3×1个半圆和3个圆心角为3000圆弧. S 所需时间为t=3×T/2+3×5T/6=4T 故tmin=4×2πm/Bq= 练习题 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

高能粒子在现代高科技活动中具有广泛的应用,如微观粒子的研究、核能的生产等。粒子加速器是实现高能粒子的主要途径,如图所示为环形粒子加速器示意图,图中实线所示环形区域内存在垂直纸面向外的大小可调节的匀强磁场,质量为m、电量为q的带正电粒子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板,原来电势都为零,每当粒子飞经A板时,A板电势升高为+U,B板电势保持为零,粒子在两板之间电场中得到加速。每当粒子离开B板时,A板电势又突然变为零,粒子在电场的一次次加速下动能不断增大,但绕行半径R却始终保持不变。
(1)设t=0时,粒子静止在A板小孔处,在电场作用下开始加速,并绕行第一圈。求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能En。
(2)为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,磁场必须周期性递增,求粒子绕行第n圈时,磁感应强度Bn应为多少?
(3)求粒子绕行n圈所需的总时间t(粒子通过A、B之间的时间不计)。
(4)定性画出A板电势U随时间t变化的关系图线(从t=0起画到粒子第四次离开B板时即可)。
(5)在粒子绕行的整个过程中,A板电势是否可始终保持为+U?为什么?

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如图所示,在一匀强磁场中有三个带电粒子,其中1和2为质子,3为α粒子(
 
4
2
He
)的径迹.它们在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动,三者轨道半径r1>r2>r3并相切于P点,设T、v、a、t分别表示它们做圆周运动的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间,则(  )

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一个原来静止在匀强磁场中的
 
226
88
Ra(镭核),发生α衰变后转变为氡核(元素符号为Rn).已知衰变中释放出的α粒子的速度方向跟匀强磁场的磁感线方向垂直.设镭核、氡核和α粒子的质量依次为m1、m2、m3,衰变释放的核能都转化为α粒子和氡核的动能.求:
(1)写出衰变方程.
(2)α粒子和氡核在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径之比.
(3)氡核的动能E.

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(1)市场上有一种在蚊帐内使用的小型直流电动机电风扇.某物理研究性学习小组想测电风扇正常运行时的机械功率.于是找到了一台该种电风扇并从铭牌上读出了额定电压U,但是其他字迹不清楚.该研究性学习小组成员打开电风扇底座上的电源盖并取出了两节电池,并从电风扇装电池处的正、负两极各接出一条引线.提供的器材有电流表、电压表、滑动变阻器、备用电池若干节、电键、若干导线、固定电池的电池盒.
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①该小组进行了如下的部分实验步骤,请写出第三步实验过程:
A、按事先设计的电路连接各元件,并使滑片处于使电路电阻最大处;
B、合上开关,使滑片从最左端开始缓慢移动,使电压表和电流表都有明显读数,但电风扇并未转动,读出此时的电压表和电流表读数U0、I0
C、
 

D、用测得的量表示出电动机正常运转时机械功率的表达式为
 

②按上述实验过程,本实验的电路图应选择
 
(填“甲”或“乙”).
③如果你家买了台电风扇,接上电源后,启动风扇开关,风扇电动机不运转,你能分析一下原因吗?至少写出两种原因,并说明检测方法.
(2)质谱仪是利用电、磁分离并测定带电粒子质量的仪器.其原理是利用带电粒子在电、磁场中的运动规律,计算它的比荷.某实验探究小组设计了以下两种实验方案:
方案一:带电粒子先穿过一个电场强度为E、磁感应强度为B的正交匀强电、磁场,正好做匀速直线运动;若取消电场,粒子做半径为R的匀速圆周运动,则带电粒子的荷质比为
 

方案二:带电粒子先经过电压U的加速,然后垂直于磁感线射入一个磁感应强度为B的匀强磁场中,粒子做半径为R的匀速圆周运动,则带电粒子的荷质比为
 

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如图所示,在一匀强磁场中有三个带电粒子,其中l和2为质子、3为粒子。它们在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动,三者轨道半径r1>r2>r3,并相切于P点。设T、v、a、t分别表示它们做圆周运动的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间,则(   )

A.T1 <T3           B.v1 = v2>v3

C.a1>a2>a3        D.t1<t2<t3

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同步练习册答案