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(1)为了能满足上述要求,内、外筒间电压的可能值应是多少?(2)讨论上述电压取最小值时,粒子在磁场中的运动情况。-物理
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(1)为了能满足上述要求,内、外筒间电压的可能值应是多少?(2)讨论上述电压取最小值时,粒子在磁场中的运动情况。-物理
题目详情
(1)为了能满足上述要求,内、外筒间电压的可能值应是多少?
(2)讨论上述电压取最小值时,粒子在磁场中的运动情况。
题型:问答题
难度:中档
来源:不详
答案
(1)
k
=" 1," 2, 3, … (2)
[1] 设带电粒子自
A
点沿内圆筒半径方向射入磁场时的速度用
v
表示,进入磁场后,在洛仑兹力作用下粒子做圆周运动,并从内筒表面上的
A
1点射出磁场,射出磁场时的速度大小仍为
v
,方向沿过
A
1点的内圆筒半径方向,如图所示。粒子自
A
1射出磁场后便进入两圆筒间的电场中,在电场力的作用下,粒子做减速直线运动,刚到达外圆筒的内壁时,速度恰好减至零。然后粒子又在电场力作用下向
A
1点做加速运动,回到时,粒子速度增大到
v
,并以此速度沿圆筒内圆半径方向第二次进入磁场,在磁场的洛仑兹力作用下,粒子又做圆周运动,并从
A
2点射出磁场。此后,粒子又再一次在电场中减速,到达外壁时调转方向加速回到
A
2点,从
A
2点进入磁场,再做圆周运动并从
A
3点射出磁场。这一过程多次重复到最后,粒子再次从
A
点射出磁场。
设粒子做圆周运动的半径为
r
,从
A
点射入磁场到从
A
1点射出磁场经历的时间为
t
,绕圆心
o’
转过的角度为
Ф
,过
A
点和
A
1点的内圆筒半径对其轴线
o
的张角为
θ
,如图所示。有
⑴
⑵
若粒子在磁场中经过
n
次偏转后能从
A
点射出磁场,应满足条件
nθ
= 2
k
π
⑶
根据题意有
⑷
而
⑸
解以上各式得
n
= 2
k
+1
k
=" 1," 2, 3, … ⑹
k
=" 1," 2, 3, … ⑺
连结图中的
oo’
,由直角三角形
Aoo’
可得:
⑻
因
r
是粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动的轨道半径,有
⑼
由⑵、⑻、⑼式得到粒子射入磁场时的速度
⑽
设加在两圆筒间的电压为
U
,由能量守恒有
⑾
把⑽式代入⑾式得
k
=" 1," 2, 3, … ⑿
[2] 当
k=
1时,对应射入磁场的速度为最小,加在两圆筒间的电压亦为最小,
⒀
⒁
由⑹式可知粒子在磁场中偏转的次数为
n =
3 ⒂
由⑺式可知每次偏转的角度
θ
3 = 120° ⒃
由⑻式和⑺可知粒子在磁场内做圆周运动的半径
⒄
粒子在磁场内运动的总路程
⒅
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(18分)如图所示,坐标系xOy在竖直
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物体导电是由其中的自由电荷定
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