Question

3．如圖所示，空間存在垂直XOY平面向里的勻強(qiáng)磁場，MN為一熒光屏，上下兩面均可發(fā)光，當(dāng)帶電粒子打到屏上某點(diǎn)時(shí)，即可使該點(diǎn)發(fā)光，熒光屏位置如圖，坐標(biāo)為M（0，4.0），N（4.0，4.0）單位為cm．坐標(biāo)原點(diǎn)O有一粒子源，可以發(fā)射沿XOY平面各個(gè)方向的電子（不計(jì)電子的重力），已知電子質(zhì)量m=9.0×10^-31kg，電量為e=1.6×10^-19C，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=9.0×10^-3T，求：
（1）若一電子以v=8.0×10^7m/s沿x軸負(fù)方向射入，求熒光屏上亮點(diǎn)坐標(biāo)．
（2）若所有電子以v=6.4×10^7m/s 射入，求熒光屏發(fā)光區(qū)域的坐標(biāo)（坐標(biāo)的單位為 cm）

Answer 1

分析 （1）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律求出粒子的軌道半徑，然后求出熒光屏上亮點(diǎn)的坐標(biāo)．
（2）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，應(yīng)用牛頓第二定律求出粒子的軌道半徑，然后作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，求出發(fā)光區(qū)的臨界坐標(biāo)點(diǎn)，然后答題．

解答 解：（1）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，
由牛頓第二定律得：qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$，解得：r=$\frac{mv}{qB}$=0.05m=5cm，
由幾何知識(shí)得：r²=x²+（r-y）²，
解得：x=2$\sqrt{6}$cm，坐標(biāo)：（2$\sqrt{6}$cm，4cm）；
（2）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，
由牛頓第二定律得：qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$，已知：v=6.4×10⁷m/s，解得：r=$\frac{mv}{qB}$=0.04m=4cm，
粒子打在下方最遠(yuǎn)點(diǎn)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示：

由幾何知識(shí)得：x=4cm，坐標(biāo)為：（0cm，4cm）到（4cm，4cm），
粒子打在上方最遠(yuǎn)點(diǎn)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，軌跡圓左端剛好打在M點(diǎn)，

由幾何知識(shí)得：x²+$\frac{{y}^{2}}{2}$=r²，解得：x=2$\sqrt{3}$cm，
坐標(biāo)為（0cm，4cm）到（4$\sqrt{3}$cm，4cm）．
答：（1）若一電子以v=8.0×10^7m/s沿x軸負(fù)方向射入，熒光屏上亮點(diǎn)坐標(biāo)為：（2$\sqrt{6}$cm，4cm）．
（2）若所有電子以v=6.4×10^7m/s 射入，熒光屏發(fā)光區(qū)域的坐標(biāo)為：（0cm，4cm）到（4$\sqrt{3}$cm，4cm）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)，分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過程、作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是解題的關(guān)鍵，應(yīng)用牛頓第二定律與幾何知識(shí)可以解題；帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的題目解題步驟為：定圓心、畫軌跡、求半徑．