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如图(甲)所示,在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场,右侧有一个...

如图(甲)所示,在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场,右侧有一个以点(3L,0)为圆心、半径为L的圆形区域,圆形区域与x轴的交点分别为M、N.现有一质量为m,带电量为e的电子,从y轴上的A点以速度v沿x轴正方向射入电场,飞出电场后从M点进入圆形区域,速度方向与x轴夹角为30°.此时在圆形区域加如图(乙)所示周期性变化的磁场,以垂直于纸面向外为磁场正方向),最后电子运动一段时间后从N飞出,速度方向与进入磁场时的速度方向相同(与x轴夹角也为30°).求:
(1)电子进入圆形磁场区域时的速度大小;
(2)0≤x≤L区域内匀强电场场强E的大小;
(3)写出圆形磁场区域磁感应强度B的大小、磁场变化周期T各应满足的表达式.
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电子在电场中只受电场力,做类平抛运动.将速度分解,可求出电子进入圆形磁场区域时的速度大小.根据牛顿定律求出场强E的大小.电子在磁场中,洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动.分析电子进入磁场的速度方向与进入磁场时的速度方向相同条件,根据圆的对称性,由几何知识得到半径,周期T各应满足的表达式. 【解析】  (1)电子在电场中作类平抛运动,射出电场时,如图1所示.           由速度关系:     解得     (2)由速度关系得       在竖直方向            解得   (3)在磁场变化的半个周期内粒子的偏转角为60°,根据几何知识,在磁场变化的半个周期内,         粒子在x轴方向上的位移恰好等于R.粒子到达N点而且速度符合要求的空间条件是:2nR=2L         电子在磁场作圆周运动的轨道半径                              解得(n=1、2、3…)      若粒子在磁场变化的半个周期恰好转过圆周,同时MN间运动时间是磁场变化周期的整数倍时,         可使粒子到达N点并且 速度满足题设要求.应满足的时间条件:                     解得           T的表达式得:(n=1、2、3…) 答:(1)电子进入圆形磁场区域时的速度大小为解得 ;     (2)0≤x≤L区域内匀强电场场强E的大小;     (3)圆形磁场区域磁感应强度B的大小表达式为(n=1、2、3…)         磁场变化周期T各应满足的表达式为(n=1、2、3…).
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考点分析:
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电流表M量程0~5mA,内阻约为10Ω);
电压表八量程为O~3V,内阻约为3kΩ);
最大阻值约为100Ω的滑动变阻器;
电源E(电动势约3V);
开关S、导线若干.
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(2)经分析,该电路测量误差较大,需作改进.请直接在原图甲上改画:①在不需要的连线上画“×”表示,②补画上需要添加的连线;
(3)对改进的电路进行测量,并根据测量数据画出了如图乙所示的U-I图象,得Rx=______Ω.(保留3位有效数字)
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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