稿件来源:高途
| 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,$y$轴右侧有一半径为$\dfrac{\sqrt{2}}{2}L$的圆形匀强磁场区域,磁场圆与$y$轴相切于原点$O$,磁场方向垂直于$xOy$平面向里,$y$轴左侧有沿$y$轴正方向的匀强电场。$P$是$x$轴上一点,$P$与原点$O$的距离为$L$,一质量为$m$、电荷量大小为$q$的带负电粒子从$P$点以初速度$v_{0}$射出,速度方向与$x$轴正方向夹角$\alpha=45^\circ $,粒子经过$y$轴时速度方向与$y$轴垂直,从磁场离开时速度方向与$x$轴垂直,不计粒子重力。求:
粒子经过$y$轴的位置与原点$O$的距离;
$\\dfrac{1}{2}L$
"]]粒子在电场中的运动为类平抛运动的逆运动,水平方向$L=v_{0}\cos \alpha⋅t_{1}$
竖直方向$y=\dfrac{1}{2}v_{0}\sin\alpha \cdot t_{1}$
解得$y=\dfrac{1}{2}L$
电场强度和磁感应强度分别为多大;
$\\dfrac{mv_{0}^{2}}{2qL}$,$\\dfrac{\\sqrt{2}mv_{0}}{2qd}$
"]]粒子在电场中的加速度大小$a= \dfrac{qE}{m}$
竖直分位移$y=\dfrac{1}{2}at_{1}^{2}$
解得电场强度$E=\dfrac{mv_{0}^{2}}{2qL}$
粒子进入磁场后做匀速圆周运动,以沿$y$轴负方向的速度射出磁场,运动轨迹如图所示
由几何知识可知$NQ$与竖直方向的夹角为$45^\circ $,则$NP=\sqrt{2}y=\dfrac{\sqrt{2}}{2}L$
$NQ$刚好为圆形边界的直径,则粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径$r=L$
粒子在磁场中做圆周运动,由牛顿第二定律有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{r}$
粒子的速度$v=v_{0}\cos \alpha$
解得$B=\dfrac{\sqrt{2}mv_{0}}{2qd}$
粒子从出发到离开磁场的总时间。
$\\dfrac{L}{v_{0}}+\\dfrac{\\sqrt{2}(1+ \\pi)L}{2v_{0}}$
"]]粒子在电场中的运动时间$t_{1}= \dfrac{d}{v_{0}\cos\alpha}=\dfrac{\sqrt{2}L}{v_{0}}$
粒子离开电场后进入磁场前做匀速直线运动,位移$x=\dfrac{\sqrt{2}L}{2}-\dfrac{L}{2}$
粒子做直线运动的时间$t_{2}=\dfrac{x}{v}=\dfrac{\left( 2-\sqrt{2} \right)L}{2v_{0}}$
粒子在磁场中做圆周运动的时间$t_{3}=\dfrac{1}{4}\times\dfrac{2\pi r}{v}$
粒子从$M$点出发到穿出磁场所用的总时间$t=t_{1}+t_{2}+t_{3}=\dfrac{L}{v_{0}}+\dfrac{\sqrt{2}(1+\pi)L}{2v_{0}}$
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