如图，ABCD是边长为a的正方形．质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC变射入正方形区域．在正方形内适当区域中有匀强磁场．电子从BC边上的任意点入射，都只

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图，ABCD是边长为a的正方形．质量为m、电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC变射入正方形区域．在正方形内适当区域中有匀强磁场．电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场．不计重力，求：
（1）此匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小；
（2）此匀强磁场区域的最小面积．
魔方格

◎ 答案

（1）设匀强磁场的磁感应强度的大小为B．令圆弧
















AEC
是自C点垂直于BC入射的电子在磁场中的运行轨道．电子所受到的磁场的作用力f=ev0B
应指向圆弧的圆心，因而磁场的方向应垂直于纸面向外．圆弧
















AEC
的圆心在CB边或其延长线上．依题意，圆心在A、C连线的中垂线上，故B 点即为圆心，圆半径为a按照牛顿定律有f=m
v20
2

联立①②式得B=
mv0
ea

（2）由（1）中决定的磁感应强度的方向和大小，可知自C点垂直于BC入射电子在A点沿DA方向射出，且自BC边上其它点垂直于入射的电子的运动轨道只能在BAEC区域中．因而，圆弧
















AEC
是所求的最小磁场区域的一个边界．
为了决定该磁场区域的另一边界，我们来考察射中A点的电子的速度方向与BA的延长线交角为θ（不妨设0≤θ＜
π
2
）的情形．该电子的运动轨迹qpA如图所示．

魔方格
图中，圆
















AP
的圆心为O，pq垂直于BC边，由③式知，圆弧
















AP
的半径仍为a，在D为原点、DC为x轴，AD为y轴的坐标系中，P点的坐标（x，y）为
x=asinθ④
y=-[a-(z-acosθ)]=-acosθ⑤

这意味着，在范围0≤θ≤
π
2
内，p点形成以D为圆心、a为半径的四分之一圆周
















AFC
，它是电子做直线运动和圆周运动的分界线，构成所求磁场区域的另一边界．
因此，所求的最小匀强磁场区域时分别以B和D为圆心、a为半径的两个四分之一圆周
















AEC
和
















AFC
所围成的，其面积为S=2(
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圆心 正方形 大小 边长 纸面
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