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.
魔方格

◎ 答案


魔方格

魔方格

魔方格
(1)设电子做圆周运动的半径为R,
由牛顿第二定律可得,ev0B=
m
v20
R

解得:R=
mv0
eB

 电子做圆周运动的周期:T=
2πm
eB

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=
T
4
=
πm
2eB

电子穿出磁场后的运动时间:t2=
2R-R
v0
=
m
eB

所以该电子运动的时间:t=t1+t2=
(π+2)m
2eB

(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
x2+(y-
mv0
eB
)2=(
mv0
eB
)2

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,
mv0
eB

磁场圆半径等于轨迹圆半径为r=R=
mv0
eB

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?(
πR2
4
-
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