(2013•临沂模拟)如图所示,在xOy平面直角坐标系中,直角三角形MNL内存在垂直于xOy平面向里磁感应强度为B的匀强

(2013•临沂模拟)如图所示,在xOy平面直角坐标系中,直角三角形MNL内存在垂直于xOy平面向里磁感应强度为B的匀强磁场,三角形的一直角边ML长为6a,落在y轴上,∠NML=30°,其中位线OP在x轴上.电子束以相同的速度v0从y轴上-3a≤y≤0的区间垂直于y轴和磁场方向射入磁场,已知从y轴上y=-2a的点射入磁场的电子在磁场中的轨迹恰好经过O点.若在直角坐标系xOy的第一象限区域内,加上方向沿y轴正方向、大小为E=Bv0的匀强电场,在x=3a处垂直于x轴放置一平面荧光屏,与x轴交点为Q.忽略电子间的相互作用,不计电子的重力.试求:
(1)电子的比荷;
(2)电子束从+y轴上射入电场的纵坐标范围;
(3)从磁场中垂直于y轴射入电场的电子打到荧光屏上距Q点的最远距离.
(2)电子能进入电场中,且离O点上方最远,电子在磁场中运动圆轨迹恰好与边MN相切,电子运动轨迹.
liuchungu0 1年前 已收到1个回答 举报

cdjordancdjodan 幼苗

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解题思路:从y轴上y=-2a点射入磁场的电子在磁场中的轨迹恰好经过O点,则电子圆周运动的半径为a,根据牛顿第二定律列方程求比荷;
粒子在磁场中运动圆轨迹必须与直线MN相切时打到荧光屏上距Q点最远.

(1)由题意可知电子在磁场中的轨迹半径为r=a,
由牛顿第二定律得:ev0B=m

v20
r,
电子的比荷:[e/m]=
v0
Ba;
(2)电子能进入电场中,且离O点上方最远,电子在磁场中运动圆轨迹恰好与边MN相切,电子运动轨迹的圆心为O′点,如图所示.
则:O′M=2a,OO′=OM-0′M=a,
即粒子从D点离开磁场进入电场时,离O点上方最远距离为:
OD=ym=2a,
所以电子束从y轴射入电场的范围为0≤y≤2a;
(3)假设电子没有射出电场就打到荧光屏上,
有 3a=v0t,y=[1/2]•[eE/m]•t2
解得:y=[9/2]a>2a,所以,电子应射出电场后打到荧光屏上.
电子在电场中做类平抛运动,设电子在电场的运动时间为t,竖直方向位移为y,水平位移为x,
水平:x=v0t,竖直:y=[1/2]•[eE/m]•t2
代入数据解得:x=
2ay;
设电子最终打在光屏的最远点距Q点为H,电子射出电场时的夹角为θ有:
tanθ=
vy
vx=

eE

x
v0
v0=

2y
a,
H=(3a-x)tanθ=(3
a-
2y)
2y,
当3
a-
2y=
2y时,即y=[9/8]a时,H有最大值,
由于[9/8]a<2a,所以Hmax=[9/4]a;
答:(1)电子的比荷为
v0
Ba;
(2)电子束从+y轴上射入电场的纵坐标范围是0≤y≤2a;
(3)从磁场中垂直于y轴射入电场的电子打到荧光屏上距Q点的最远距离为[9/4]a.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题属于带电粒子在组合场中的运动,粒子在磁场中做匀速圆周运动,要求能正确的画出运动轨迹,并根据几何关系确定某些物理量之间的关系;
粒子在电场中的偏转经常用化曲为直的方法,求极值的问题一定要先找出临界的轨迹,注重数学方法在物理中的应用.

1年前

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