初速度为零的离子经电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,经过一段路程后进入水平放置的两平行金属板MN和PQ之间,离子所经空间存在一磁感应强度为B的匀强磁

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初速度为零的离子经电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,经过一段路程后进入水平放置的两平行金属板MN和PQ之间,离子所经空间存在一磁感应强度为B的匀强磁场,如图11-2-27所示(不考虑重力作用).离子的比荷

(q、m分别是离子的电荷量与质量)在什么范围内,离子才能打在金属板上?

图11-2-27

答案

解析

离子在磁场中做匀速圆周运动,作出两条边界轨迹

和

,分别作出离子在T、P、Q三点所受的洛伦兹力,分别延长之后相交于O₁、O₂点,如图所示,O₁与O₂分别是

和

的圆心.设R₁和R₂分别为相应的半径.离子经电压U加速,由动能定理得:
①
由洛伦兹力充当向心力得

②
由①②式得

③
由图示直角三角形O₁CP和O₂CQ可得
④
⑤
依题意R₁≤R≤R₂⑥
由③④⑤⑥可解得

举一反三

如图8-2-15所示，一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里.一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v₀进入磁场.若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O′在MN上，且OO′与MN垂直.下列判断正确的是（　　）

图8-2-15

A．电子将向右偏转

B．电子打在MN上的点与O′点的距离为d

C．电子打在MN上的点与O′点的距离为

D．电子在磁场中运动的时间为

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如图8-2-21所示，在一矩形区域内，不加磁场时，不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入，穿过此区域的时间为t.若加上磁感应强度为B、水平向外的匀强磁场，带电粒子仍以原来的初速度入射，粒子飞出时偏离原方向60°，利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个（　　）

图8-2-21

A．带电粒子的比荷

B．带电粒子在磁场中运动的周期

C．带电粒子的初速度

D．带电粒子在磁场中运动的半径

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自由电子激光器是利用高速电子束射入方向交替变化的磁场，使电子在磁场中摆动着前进，进而产生激光的一种装置.在磁场中建立与磁场方向垂直的平面坐标系xOy，如图8-2-25所示.方向交替变化的磁场随x坐标变化的图线如图8-2-26所示，每个磁场区域的宽度

，磁场的磁感应强度大小B=3.75×10^-4 T，规定磁场方向垂直纸面向外为正方向.现将初速度为零的电子经电压U=4.5×10³ V的电场加速后，从坐标原点沿x轴正方向射入磁场.电子电荷量e=1.6×10^-19 C，电子质量m=9×10^-31 kg，不计电子的重力，不考虑电子因高速运动而产生的影响.

图8-2-25

图8-2-26
（1）电子从坐标原点进入磁场时的速度大小为多少？
（2）请在图8-2-25中画出x＝0至x＝4L区域内电子在磁场中运动的轨迹，计算电子通过图8-2-26中各磁场区域边界时位置的纵坐标并在图中标出；
（3）从x＝0至x=NL（N为整数）区域内电子运动的平均速度大小为多少？

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如图15-2-12所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相距一小段距离，cd可以自由移动，试分析cd的运动情况.

图15-2-12

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如图15-5-10所示，匀强磁场的磁感应强度为B，垂直纸面向里，宽度为d₀，一电荷量为e的电子以水平速度v₀垂直射入磁场中，穿出磁场时，速度与竖直方向的夹角为60°.求：
（1）电子的质量m；
（2）电子在磁场中的运动时间.

图15-5-10　　　　　图15-5-11

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