高中 | 带电粒子在组合场中的运动问题 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在组合场中的运动问题

如图为洛伦兹力演示仪,励磁线圈产生的匀强磁场$B$方向垂直纸面向外,电子经电子枪(加速电压为$U$)由静止加速后垂直磁场水平向右射出,如图所示。忽略电子间的相互作用,则电子做圆周运动时$(\qquad)$

["

运动的速率与$U$成正比

","

$B$不变,运动周期与$U$无关

","

$B$不变,轨道半径与$U$成正比

","

$U$不变,轨道半径与$B$成反比

"]
[["BD"]]

$\rm A$、在加速电场中,根据动能定理可得:$eU = \dfrac{1}{2}mv^{2}$

解得:$v$$= \sqrt{\dfrac{2eU}{m}}$,电子运动的速率与$U$成正相关,但不是成正比,故$\rm A$错误;

$\rm BCD$、电子受到的洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律可得:$evB = \dfrac{mv^{2}}{r}$

解得:$r$$= \dfrac{mv}{eB} = \dfrac{\sqrt{2emU}}{eB}$

根据周期公式可得:$T = \dfrac{2\pi r}{v} = \dfrac{2\pi m}{eB}$,当$B$不变时,运动周期与$U$无关;当$B$不变时,轨道半径与电压成正相关,但不是成正比,当$U$不变时,轨道半径与$B$成反比,故$\rm BD$正确,$\rm C$错误;

故选:$\rm BD$

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