题目内容

如图所示,在xOy平面内有许多电子(质量为m,电量为e),从坐标原点O不断地以相同大小的速度v0沿不同方向射入Ⅰ象限,现加一个垂直于xOy平面的磁感应强度为B的匀强磁场,要求这些电子穿过该磁场后都能平行于x轴向+x方向运动,试求符合该条件的磁场的最小面积.

答案:
解析:

所有电子在所求的匀强磁场中均做匀速圆周运动,半径为

     R=mv0/eB

设与x轴成α角入射的电子从坐标为(x、y)的P点射出磁场,则有

     x2+(R-y)2=R2.       ①

①式即为电子离开磁场的边界b,

  当α=时,电子运动轨迹为磁场的上边界a,其表达式为

     (R-x)2+y2=R2        ②

由①、②式所确定的面积就是磁场的最小范围,如图所示,其面积为

    S=2(πR2/4-R2/2)=(π-2)(mv0/eB)2/2

  【评析】如图所示,带电粒子在垂直于磁场方向的平面上,以恒定的速度v0从A点开始运动,随θ角不同,轨迹不同,其特点是:

  ①所有轨迹过定点A;②所有轨迹的半径R(=)相等.

  分析方法:粒子运动的轨迹可看做是一个半径为R(=)的圆绕定点A在平面内转动,如上图所示,利用这一特点分析问题较直观、简捷.


提示:

【分析】电子平行于X轴正方向射出时,磁场的上边界为电子沿y轴正方向射入磁场时,下边界是过O点的半径为R=的圆的最高点的集中点.


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