题目内容
如图1所示,有一半径r的圆形有界匀强磁场B垂直纸面向里,其周围对称放置带有中心孔a,b,c的三个相同的平行板电容器,三个电容器两板间距离均为d,接有相同的电压U,在D处有一静止的电子,质量为m,电量为e,释放后从a孔射入匀强磁场中,并先后穿过b,c孔再从a孔穿出回到D处,求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)电子从D出发到第一次回到D处所用的时间.
解析:
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巧解分析:电子运动是多阶段的,首先电子在电场中被加速进入磁场后做匀速圆周运动,偏转后,从b孔穿出磁场,再次进入电场,在电场中做类似竖直上抛运动后,又以相同的速率再次进入磁场,如此重复两次(共三次),最后回到出发点D处,速度为零,以后这样周而复始地运动下去.如图2所示.
(1)设电子加速后获得的速率为v,进入磁场后做匀速圆周运动的半径为R,由动能定理有:
eU= 由洛伦兹力公式和牛顿定律知:
evB=m 由三角知识得:R=rtan 由上①②③式得:B= (2)根据运动电荷在磁场中做匀速圆周运动的周期公式
T= 依题意分析可知电子在磁场中运动一次所经历的时间为T/6,故电子在磁场中运动的总时间
t1=3×T/6= 而电子在匀强电场中做一类似竖直上抛运动,所经历的时间t2,由
s= 可求得:
t2=2 因为a=
t2=2d
电子在电场中运动的总时间为:6d 故电子从出发至第一次回到出发点D处所用的时间为:
t=t1+3t2= 将B代入上式得:
t= |
提示:
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命题意图:本题考查带电粒子在电场、磁场中的运动知识,考查学生的知识拓展迁移能力. |