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如图所示,在以O为圆心的圆形区域内,有一个水平方向的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外.竖直平行正对放置的两长金属板A、K连在电压可调的电路中,Sl、S2为A、K板上的两个小孔,且S1、S2与O位于同一一水平直线上.在距S1、S2延长线为h的右下方,有一水平放置的足够大的荧光屏D,现让电量为g、质量为m的带正电粒子从Sl进入电场,经S2后射向磁场,通过磁场后打在荧光屏D上.忽略粒子进入电场时的速度及其所受重力.
(1)若AK间的电压为U0时,粒子通过磁场后恰好可垂直打到荧光屏上的P点,求圆形磁场的半径R;
(2)移动滑片P,将AK间的电压调为3U0时,粒子打在荧光屏上的Q点,求PQ间的距离.
分析:(1)根据牛顿第二定律,由洛伦兹力提供向心力,结合粒子在磁场中的运动是四分之一圆周,即可求解;
(2)根据粒子受到洛伦兹力,画出运动轨迹,结合几何关系,从而求解.
解答:解:(1)粒子经过电场加速后
1
2
m
v
2
0
=qU0
①
粒子进入磁场后qv0B=m
v
2
0
r
②
粒子垂直打在荧光屏上,说明粒子在磁场中的运动是四分之一圆周,
运动半径r=R③
R=
2mU0
qB2
④
(2)将AK间的电压调为3U0后,带电粒子在磁场中运动的半径r′=
2m?3U0
qB2
=
3
R
⑤
设粒子在磁场中的偏转角为2θ,粒子射出磁场时的方向与竖直方向夹角为α,由几何关系可知:tanθ=
R
r′
=
3
3
⑥

α=θ=30°
PQ=htanα=
3
3
h
⑦
答:(1)圆形磁场的半径R=
2mU0
qB2
;
(2)PQ间的距离
3
3
h
.
点评:考查粒子在磁场中受到洛兹力作用,掌握左手定则的应用,注意与右手定则的区别,同时注意运动轨迹的半径与圆磁场的半径的关系.并掌握几何关系的正确应用.
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