高二物理 带电粒子在磁场中的运动 质谱仪 典型例题解析

高二物理 带电粒子在磁场中的运动 质谱仪 典型例题解析

带电粒子在磁场中的运动 质谱仪 典型例题解析 ‎ 后垂直进入同一匀强磁场作圆周运动，则这两粒子的动能之比Ek1∶Ek2＝________，轨道半径之比r1∶r2＝________，周期之比T1∶T2＝________．‎ 点拨：理解粒子的动能与电场力做功之间的关系，掌握粒子在匀强磁场中作圆周运动的轨道半径和周期公式是解决此题的关键．‎ ‎【例2】如图16－60所示，一束电子(电量为e)以速度v垂直射入磁感强度为B，宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________．‎ 解析：电子在磁场中运动，只受洛伦兹力作用，故其轨迹是圆弧一部分，又因为f⊥v，故圆心在电子穿入和穿出磁场时受到洛伦兹力指向的交点上，如图16－60中的O点．由几何知识可知：AB间的圆心角θ＝30°，OB为半径．‎ r＝d/sin30°＝2d，又由r＝mv/Be得m＝2dBe/v．‎ 由于AB圆心角是30°，故穿透时间t＝T/12＝πd/3v．‎ 点拨：带电粒子的匀速圆周运动的求解关键是画出匀速圆周运动的轨迹，利用几何知识找出圆心及相应的半径，从而找到圆弧所对应的圆心角．‎ ‎【例3】如图16－61所示，在屏上MN的上侧有磁感应强度为B的匀强磁场，一群带负电的同种粒子以相同的速度v从屏上P处的孔中沿垂直于磁场的方向射入磁场．粒子入射方向在与B垂直的平面内，且散开在与MN的垂线PC的夹角为θ的范围内，粒子质量为m，电量为q，试确定粒子打在萤光屏上的位置．‎ 点拨：各粒子进入磁场后作匀速圆周运动，轨道半径相同，运用左手定则确定各粒子的洛伦兹力方向，并定出圆心和轨迹．再由几何关系找出打在屏上的范围．‎ 参考答案 ‎【例4】如图16－62所示，电子枪发出的电子，初速度为零，当被一定的电势差U加速后，从N点沿MN方向出射，在MN的正下方距N点为d处有一个靶P，若加上垂直于纸面的匀强磁场，则电子恰能击中靶P．已知U、d，电子电量e，质量m以及∠MNP＝α，则所加磁场的磁感应强度方向为________，大小为________．‎ 点拨：电子经电势差U加速后，速度由零变为v，则ev＝1/2mv2．v的方向水平向右，电子在洛伦兹力作用下，沿顺时针回旋到P，则电子在N点受洛伦兹力方向向下．由此确定B的方向．NP对应的圆心角为2α，则有Rsinα＝d/2，而R＝mv/Be，则B可求．‎ 参考答案 跟踪反馈 ‎1．一带电粒子在磁感应强度是B的匀强磁场中作匀速圆周运动，如果它又顺利进入另一磁感应强度是2B的匀强磁场(仍作匀速圆周运动)，则 ‎[ ]‎ A．粒子的速率加倍，周期减半 B．粒子的速率不变，轨道半径减半 C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的1/4‎ D．粒子的速率不变，周期减半 ‎2．如图16－63所示，在磁感应强度是B的水平匀强磁场中有一电子以速度v0竖直向上运动，电子离开出发点能达到的最大高度是________，达到最大高度所用的时间是________，电子能达到的最大位移等于________‎ ‎，达到最大位移所用的时间是________．‎ ‎3．通电导线附近的平面上，有一带电粒子，只在磁场力作用下作曲线运动，其轨迹如图16－64所示，其中正确的是 ‎[ ]‎ ‎4．如图16－65所示，速度相同的质子和电子从缝O处射入匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，入射的方向在纸面内并与(cdoab垂直，图中画出了四个圆弧(其中一个是电子的轨迹，另一个是质子的轨迹)，oa和od的半径相同，ob和oc的半径相同，则电子的轨迹是 ‎[ ]‎ A．oa 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　B．ob C．oc 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D．od 参考答案 ‎ ‎