题目内容
自由电子激光器是利用高速电子束射人方向交替变化的磁场,使电子在磁场中摆动着有进,进而产生激光的一种装置。在磁场中建立与磁场方向垂直的平面坐标系xoy,如图甲所示。方向交替变化的磁场随x坐标变化的图线如图乙所示,每个磁场区域的宽度,磁场的磁感应强度大小B0=3.75×10-4T,规定磁场方向垂直纸面向外为正方向。现将初速度为零的电子经电压U=4.5×103V的电场加速后,从坐标原点沿轴正方向射入磁场。电子电荷量e为1.6×10C,电子质量m取不计电子的重力,不考虑电子因高速运动而产生的影响。
(1)电子从坐标原点进入磁场时的速度大小为多少?
(2)请在图甲中画出x=0至x=4L区域内电子在磁场中运动的轨迹,计算电子通过图中各磁场区域边界时位置的纵坐标并在图中标出;
(3)从x=0至x=NL(N为整数)区域内电子运动的平均速度大小为多少?
(1)
(2)如图甲所示,进入磁场区域后,
,
同理可得,电子的运动轨迹如图乙所示
(3)磁场方向变化N次时,
电子运动时间
电子运动的平均速度
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