两块金属板a、b平行放置,板间存在与匀强电场正交的匀强磁场,假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v0从两极板中间沿垂直于电场、磁场的方向射入场中,无偏转地通过场区,如图所示.
已知板长l=10 cm,两板间距d=3.0 cm,两板间电势差U=150 V,v0=2.0×107 m/s.
(1)求磁感应强度B的大小;
(2)若撤去磁场,求电子穿过电场时偏离入射方向的距离,以及电子通过场区后动能增加多少?
(电子的比荷=1.76×1011 C/kg,电子电荷量的大小e=1.60×10-19 C)
解析:(1)电子进入正交的电磁场不发生偏转,则满足
Bev0=
所以B==2.5×10-4 T.
(2)设电子通过场区偏转的距离为y1
y1=at2==1.1×10-2 m
ΔEk=eEy1=y1=8.8×10-18 J=55 eV.
答案:(1)2.5×10-4 J
(2)1.1×10-2 m 55 eV
如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m,导轨平面与水平面成θ=370角,下端连接着阻值为R的电阻.匀强磁场方向与导轨平面垂直,质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25.
(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小.
(2)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小.
(3)在上问中,若R=2Ω,金属棒中的电流由a到b,求磁感应强度的大小和方向(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8).
解:①金属棒开始下滑初速度为零,根据牛顿第二定律
mgsinθ-μmgcosθ=ma
2
②设稳定时金属棒的速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡
此时,金属棒克服安培力做功的功率等于电路中R消耗的电功率 即
得
③设电路中电流为I,导轨间金属棒长为l,磁感应强度为B
方向垂直导轨平面向上
1)a=4m/s2 (2)v=10m/s (3)B=0.4T
如图所示,直线MN上方存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,质量为m、电荷量为q的带负电的粒子1在纸面内以速度从O点射入磁场,其方向与MN的夹角α=30°;质量为m、电荷量为+q的粒子2在纸面内以速度也从O点射入磁场,其方向与MN的夹角β=60°角。已知粒子1、2同时到达磁场边界的A、B两点(图中未画出),不计粒子的重力及粒子间的相互作用。
(1)求两粒子在磁场边界上的穿出点A、B之间的距离d;
(2)求两粒子进入磁场的时间间隔;
(3)若MN下方有平行于纸面的匀强电场,且两粒子在电场中相遇,其中的粒子1做直线运动。求电场强度E的大小和方向。
解:
(1)粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动 1分
故 1分
(2)粒子1圆周运动的圆心角, 1分
粒子2圆周运动的圆心角, 1分
粒子圆周运动的周期 1分
粒子1在匀强磁场中运动的时间 1分
粒子2在匀强磁场中运动的时间 1分
所以 1分
(3)由题意,电场强度的方向应与粒子1穿出磁场的方向平行。
a.若电场强度的方向与MN成30°角斜向右上,则粒子1做匀加速直线运动,粒子2做类平抛运动。
1分
1分
1分
解得 1分
b.若电场强度的方向与MN成30°角斜向左下,则粒子1做匀减速直线运动,粒子2做类平抛运动。
解得,假设不成立。 1分
综上所述,电场强度的大小,方向与MN成30°角斜向右上。 1分
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