如图所示,质量为m.电荷量为e的电子从坐标原点0处沿xOy平面射人第一象限内,射入时的速度方向不同,但大小均为v0.已知包括原点O在内的圆形区域内有方向垂直于xOy平面向里的匀
◎ 题目
如图所示,质量为m.电荷量为e的电子从坐标原点0处沿xOy平面射人第一象限内,射入时的速度方向不同,但大小均为v0.已知包括原点O在内的圆形区域内有方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,这些电子穿出磁场后都能垂直打在与y轴平行的荧光屏MN上,屏MN与y轴间的距离等于电子在磁场中做圆周运动的半径的2倍(不计电子的重力以及电子间相互作用). (1)在O点沿y轴正方向进入磁场的电子经多长时间打在屏上? (2)若电子穿出磁场时的位置坐标为(x,y),试写出x与y应满足的方程式,并分析指出圆形磁场区的圆心位置坐标和半径; (3)求这些电子在磁场中运动范围的面积. |
◎ 答案
(1)设电子做圆周运动的半径为R, 由牛顿第二定律可得,ev0B=
解得:R=
电子做圆周运动的周期:T=
沿y轴正方向进入磁场的电子运动轨迹,如图甲所示. 电子在磁场中运动的时间:t1=
电子穿出磁场后的运动时间:t2=
所以该电子运动的时间:t=t1+t2=
(2)入射方向与x轴正方向夹角为θ的电子轨迹,如图乙所示, 电子穿出磁场时的位置坐标为(x,y), 由图乙可得:x2+(R-y)2=R2, 即x2+(y-
电子穿出磁场的位置在磁场圆的圆周上,故磁场圆周圆心坐标为(0,
磁场圆半径等于轨迹圆半径为r=R=
磁场圆如图乙所示中虚线圆所示. (3)这些电子在磁场中的运动范围由图丙所示的两段圆弧围成, 面积等于图中阴影面积的2倍,即:S=2?(
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