题目
一电子以速率v=1×104m/s在磁场中运动,当电子沿x轴正方向通过空间A点时,受到一个沿+y方向的作用力,力的大小为F=8.01×10-17N;当电子沿+y方向再次以同一速率通过A点时,所受的力沿z轴的分量Fz=1.39×10-16N,求A点磁感应强度的大小及方向。
一电子以速率v=1×104m/s在磁场中运动,当电子沿x轴正方向通过空间A点时,受到一个沿+y方向的作用力,力的大小为F=8.01×10-17N;当电子沿+y方向再次以同一速率通过A点时,所受的力沿z轴的分量Fz=1.39×10-16N,求A点磁感应强度的大小及方向。
题目解答
答案

所以由v沿x方向、F沿y方向,可知By=0,即B在xz平面内。
又



所以磁感应强度的大小为

方向:B与x轴的夹角设为θ(如图所示),则


所以B在xz平面内,与x轴正方向夹角29.9°。
解析
步骤 1:确定磁感应强度的分量
根据题目描述,当电子沿x轴正方向通过空间A点时,受到一个沿+y方向的作用力,力的大小为F=8.01×10-17N。根据洛伦兹力公式F=qvBsinθ,其中θ为速度方向与磁场方向的夹角,由于力的方向垂直于速度方向,说明磁场的y分量By=0。因此,磁场在xz平面内。
步骤 2:计算磁感应强度的z分量
当电子沿+y方向再次以同一速率通过A点时,所受的力沿z轴的分量Fz=1.39×10-16N。根据洛伦兹力公式,Fz=qvBz,其中q为电子的电荷量,v为电子的速度,Bz为磁感应强度的z分量。代入已知数值,可以计算出Bz的大小。
步骤 3:计算磁感应强度的x分量
根据步骤1,磁场在xz平面内,且By=0。因此,磁感应强度的大小B可以通过Bx和Bz的平方和的平方根来计算。Bx的大小可以通过Fy=qvBx来计算,其中Fy为电子沿x方向通过A点时受到的力的大小,v为电子的速度,Bx为磁感应强度的x分量。
步骤 4:计算磁感应强度的大小和方向
根据步骤2和步骤3,可以计算出磁感应强度的大小B和方向。方向可以通过计算B与x轴的夹角θ来确定,θ=tan^-1(Bz/Bx)。
根据题目描述,当电子沿x轴正方向通过空间A点时,受到一个沿+y方向的作用力,力的大小为F=8.01×10-17N。根据洛伦兹力公式F=qvBsinθ,其中θ为速度方向与磁场方向的夹角,由于力的方向垂直于速度方向,说明磁场的y分量By=0。因此,磁场在xz平面内。
步骤 2:计算磁感应强度的z分量
当电子沿+y方向再次以同一速率通过A点时,所受的力沿z轴的分量Fz=1.39×10-16N。根据洛伦兹力公式,Fz=qvBz,其中q为电子的电荷量,v为电子的速度,Bz为磁感应强度的z分量。代入已知数值,可以计算出Bz的大小。
步骤 3:计算磁感应强度的x分量
根据步骤1,磁场在xz平面内,且By=0。因此,磁感应强度的大小B可以通过Bx和Bz的平方和的平方根来计算。Bx的大小可以通过Fy=qvBx来计算,其中Fy为电子沿x方向通过A点时受到的力的大小,v为电子的速度,Bx为磁感应强度的x分量。
步骤 4:计算磁感应强度的大小和方向
根据步骤2和步骤3,可以计算出磁感应强度的大小B和方向。方向可以通过计算B与x轴的夹角θ来确定,θ=tan^-1(Bz/Bx)。