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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
如图所示,已知匀强电场方向向下,边界为矩形$ABGH$,匀强磁场方向垂直纸面向里,边界为矩形$BCDG$,$GD$长为$L$,磁感应强度为$B$。电量为$q$,质量为$m$的粒子,从$AH$中点以垂直电场的速度$v_{0}$(未知量)进入电场,然后从边界$BG$进入磁场,轨迹恰好和磁场另外三个边界相切,运动$\dfrac{2}{3}$个圆周后返回电场。不计粒子的重力,下列说法正确的是$(\qquad)$
粒子一定带正电
","$AB$长为$2L$
","$v_{0}=\\dfrac{BqL}{3m}$
","若电场强度减弱,粒子在磁场中运动时间将变长
"]$\rm A$.若粒子带正电,运动轨迹如图所示,若粒子带负电,由对称性,粒子在电场中向上偏转,磁场中运动的圆轨迹与正粒子圆轨迹相重合,故不论带何种电荷,都符合题意,故$\rm A$错误;
$\rm B$.取正粒子运动轨迹,轨迹恰好和磁场另外三个边界相切,运动$\dfrac{2}{3}$个圆周后返回电场,圆弧对应的圆心角为$240^\circ$,可知图中设定的$\theta=\alpha=60^\circ$,设粒子在磁场中运动轨道半径为$r$,由几何关系$r+r\cos\alpha=L$
解得运动的半径满足:$r=\dfrac{2}{3}L$
设$P$点速度为$v$,根据速度的分解可得$v=\dfrac{2\sqrt{3}}{3}v_{0}$,$v_{y}=\dfrac{\sqrt{3}}{3}v_{0}$
设粒子在电场中运动时间为$t$,则有$L_{AB}=v_{0}t$,$y=\dfrac{v_{y}}{2}t$
由几何关系可知$y=r\sin\alpha=\dfrac{\sqrt{3}}{2}r=\dfrac{\sqrt{3}}{3}L$
联立解得$AB$长为$L_{AB}=2L$
故$\rm B$正确;
$\rm C$.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,可得$qvB=\dfrac{mv^{2}}{r}$
$v=\dfrac{2\sqrt{3}}{3}v_{0}$
代入数据解得进入电场的速度为$v_{0}=\dfrac{\sqrt{3}qBL}{3m}$
故$\rm C$错误;
$\rm D$.若电场强度减弱,粒子进入磁场的偏转角减小,粒子在磁场中运动的轨道半径减小,圆轨道对应的圆心角变小,所以在磁场中运动时间将变短,故$\rm D$错误。
故选:$\rm B$。
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