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高中 | 带电粒子在匀强电场中的偏转运动题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第一章 静电场
1.9 带电粒子在电场中的运动
带电粒子在匀强电场中的偏转运动
如图所示,在$xoy$平面内有以虚线$OP$为理想边界的匀强电场和匀强磁场区域,$OP$与$x$轴成$45^\circ$角,$OP$与$y$轴之间的磁场方向垂直纸面向外,$OP$与$x$轴之间的电场平行于$x$轴向右,电场强度为$E$,在$y$轴上有一点$M$,到$O$点的距离为$L$,现有一个质量为$m$,带电量为$+q$的带电粒子从静止经电压为$U$的电场加速后从$M$点以垂直$y$轴的速度方向进入磁场区域(加速电场图中没有画出),不计带电粒子的重力,求
从$M$点进入匀强磁场的带电粒子速度的大小?
$\\sqrt{\\dfrac{2qU}{m}}$;
"]]从$M$点进入磁场的带电粒子速度的大小为$v$,根据动能定理得$qU=\dfrac{1}{2}mv^{2}$
解得$v=\sqrt{\dfrac{2qU}{m}}$
为使带电粒子刚好不能进入电场区域,则磁感应强度为$B$应为多大?
$\\left( \\sqrt{2}+1 \\right)\\sqrt{\\dfrac{2mU}{qL^{2}}}$;
"]]带电粒子刚好不能进入电场区域轨迹如题所示,设磁感应强度为$B$,由图可知$OM=R+\sqrt{2}R=L$
解得$R=\dfrac{L}{1+\sqrt{2}}$
由洛伦兹力提供向心力可得$qvB=m\dfrac{v^{2}}{R}$
解得$B=\left( 1+\sqrt{2} \right)\sqrt{\dfrac{2mU}{qL^{2}}}$
改变匀强磁场的磁感应强度的大小,使带电粒子沿$y$轴负方向进入匀强电场,则带电粒子从$x$轴离开电场时的位置到$O$点的距离为多少?
$\\dfrac{L}{2}+\\dfrac{EL^{2}}{16U}$
"]]由图可知带电粒子沿$y$轴负方向进入匀强电场时,在磁场中运动的轨道半径为$R_{1}= \dfrac{L}{2}$,在电场中做类平抛运动,加速度$a=\dfrac{qE}{m}$,
$y$轴方向匀速运动,有$R_{1}=vt$
$x$轴方向匀加速运动,有$x=\dfrac{1}{2}at^{2}$
联立解得$x=\dfrac{EL^{2}}{16U}$
到$O$点的距离为$\dfrac{L}{2}+\dfrac{EL^{2}}{16U}$
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