如图所示,一个质量为m、电荷量为q的正离子,在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中,此磁场方向是垂直纸面向里.结果离子正好从距A点为d的小孔C沿垂直于

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,一个质量为m、电荷量为q的正离子,在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中,此磁场方向是垂直纸面向里.结果离子正好从距A点为d的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场,此电场方向与AC平行且向上,最后离子打在G处,而G处距A点2d(AG⊥AC).不计离子重力,离子运动轨迹在纸面内.求:
(1)此离子在磁场中做圆周运动的半径r;
(2)离子从D处运动到G处所需时间为多少;
(3)离子到达G处时的动能为多少.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)正离子的运动轨迹如图所示,离子圆周运动半径r满足:
   r+rcos 60°=d 
解得:r=
2
3
d 
(2)设离子在磁场中运动的速度为v0,则有
   qv0B=m
v20
r

得,r=
mv0
qB

离子在磁场中运动的周期为  T=
2πr
v0
=
2πm
qB

根据轨迹得:离子在磁场中做圆周运动的时间为:

  t1=
120°
360°
T=
2πm
3qB

离子从C运动到G做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,所需的时间t2=
2d
v0

由r=
2
3
d=
mv0
qB
得,t2=
2d
v0
=
3m
qB

故离子从D→C→G的总时间为:
  t=t1+t2=
(9+2π)m
3qB
. 
(2)设电场强度为E,对离子在电场中的运动过程,有:
  qE=ma,d=
1
2
at22 
由动能定理得:Eq?d=EkG-
1
2
mv02 
解得:EkG=
4B2q2d2
9m

答:
(1)此离子在磁场中做圆周运动的半径r为
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