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高中 | 洛伦兹力题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.5 运动电荷在磁场中受到的力
洛伦兹力
北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分,它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。
考虑带电粒子在磁感应强度为$B$的匀强磁场中的运动,且不计粒子间相互作用。
一个电荷量为$q_{0}$的粒子的速度方向与磁场方向垂直,推导得出粒子的运动周期$T$与质量$m$的关系;
$T=\\dfrac{2\\pi}{q_{0}B} \\cdot m$;
"]]粒子速度方向与磁场垂直,做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力$q_{0}vB=m\dfrac{v^{2}}{R}$
解得轨道半径$R=\dfrac{mv}{q_{0}B}$
圆周运动的周期$T=\dfrac{2\pi R}{v}$
将$R$代入得$T=\dfrac{2\pi m}{q_{0}B}$
比例关系为$T=\dfrac{2\pi}{q_{0}B} \cdot m$;
两个粒子质量相等、电荷量均为$q$,粒子$1$的速度方向与磁场方向垂直,粒子$2$的速度方向与磁场方向平行。在相同的时间内,粒子$1$在半径为$R$的圆周上转过的圆心角为$\theta$,粒子$2$运动的距离为$d$。求:
$a$.粒子$1$与粒子$2$的速度大小之比$v_{1} : v_{2}$;
$b$.粒子$2$的动量大小$p_{2}$。
$a$.$v_{1} : v_{2}=\\theta R : d$;$b$.$\\dfrac{qBd}{\\theta}$。
"]]$a$.由题意知粒子$1$做圆周运动,线速度$v_{1}=\omega R=\dfrac{\theta}{t}R$
粒子$2$做匀速直线运动,速度$v_{2}=\dfrac{d}{t}$
所以速度之比$\dfrac{v_{1}}{v_{2}}=\dfrac{\dfrac{\theta R}{t}}{\dfrac{d}{t}}=\dfrac{\theta R}{d}$
即$v_{1} : v_{2}=\theta R : d$
$b$.对粒子$1$,由洛伦兹力提供向心力有$qv_{1}B=m\dfrac{v_{1}^{2}}{R}$
可得$m=\dfrac{qBR}{v_{1}}$
粒子$2$的动量$p_{2}=mv_{2}$
结合前面的分析可得$p_{2}=\dfrac{qBR}{v_{1}} \cdot v_{2}=\dfrac{qBR \cdot d}{\theta R}=\dfrac{qBd}{\theta}$。
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