题目内容

如图所示,两电子沿MN方向射入两平行直线间的匀强磁场,并分别以v1、v2的速度射出磁场.则v1:v2是多少?两电子通过匀强磁场所需时间之比t1:t2是多少?
分析:电子在磁场中受洛伦兹力作用做圆周运动,电子受洛伦兹力提供圆周运动的向心力,根据题目给出的电子运动情况,绘出电子在磁场中的运动轨迹,根据几何关系可以求出电子运动轨迹的半径比,根据半径公式求出电子速度比,电子做圆周运动的同期相等,根据轨迹图确定电子转过的角度和周期求得电子在磁场中的运动时间比.
解答:解:粒子运动轨迹如下图所示,
电子垂直磁场射入,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力有:qvB=m
v2
R

电子做圆周运动的半径为:R=
mv
qB

由题意知,电子在电场中的运动速度比等于电子做圆周运动的半径比,由题意根据几何关系有:
R1
R2
=
1
2
,所以电子在电场中的速度比为:
v1
v2
=
R1
R2
=
1
2

电子在磁场中做圆周运动的周期:T=
2πR
v
=
2πm
qB

由电子在磁场中做圆周运动的周期T是相同的,由运动轨迹知:
从a点射出的电子在磁场中运动的时间t1=
T
4

从b射出的电子在磁场中运动的时间t2=
T
6

所以电子在磁场中运动的时间之比为
t1
t2
=
3
2

答:v1:v2是1:2.两电子通过匀强磁场所需时间之比t1:t2是3:2.
点评:知道电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,电子在磁场中做圆周运动的周期相同,根据轨迹求出速度比和时间比.
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