题目
x-|||-A-|||-d如图所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=60°。则电子的质量为( )A. m=((dBe))/(v)B. m=((2dBe))/(v)C. m=((2sqrt(3)dBe))/((3{v^2))}D. m=((2sqrt(3)dBe))/((3v))dx-|||-A-|||-d如图所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=60°。则电子的质量为( )A. m=((dBe))/(v)B. m=((2dBe))/(v)C. m=((2sqrt(3)dBe))/((3{v^2))}D. m=((2sqrt(3)dBe))/((3v))d
如图所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=60°。则电子的质量为( )- A. $m=\frac{{dBe}}{v}$
- B. $m=\frac{{2dBe}}{v}$
- C. $m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{{3{v^2}}}$
- D. $m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{{3v}}$d
如图所示,一束电荷量为e的电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ=60°。则电子的质量为( )- A. $m=\frac{{dBe}}{v}$
- B. $m=\frac{{2dBe}}{v}$
- C. $m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{{3{v^2}}}$
- D. $m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{{3v}}$d
题目解答
答案
解:粒子的运动轨迹图如图所示,根据几何关系有:r=$\frac{d}{sin60°}$=$\frac{2\sqrt{3}}{3}d$根据洛伦兹力提供向心力得:Bev=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
解得电子的质量为:$m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{3ν}$。
故D正确,ABC错误。
故选:D。
解:粒子的运动轨迹图如图所示,根据几何关系有:r=$\frac{d}{sin60°}$=$\frac{2\sqrt{3}}{3}d$根据洛伦兹力提供向心力得:Bev=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
解得电子的质量为:$m=\frac{{2\sqrt{3}dBe}}{3ν}$。
故D正确,ABC错误。
故选:D。
解析
本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动规律,核心在于几何关系与洛伦兹力公式的结合应用。关键点如下:
- 轨迹分析:电子垂直进入磁场,轨迹为圆弧,出磁场时速度方向偏转角θ=60°,需通过几何关系确定轨迹半径r与磁场宽度d的关系。
- 圆心角与偏转角的关系:偏转角θ等于轨迹圆心角的一半,由此建立几何方程。
- 洛伦兹力提供向心力:通过公式 $eBv = \frac{mv^2}{r}$ 联立求解质量m。
几何关系分析
- 轨迹圆心角:偏转角θ=60°对应轨迹圆心角α=2θ=120°。
- 轨迹半径与磁场宽度:磁场宽度d为轨迹圆弧的弦高,由几何关系得:
$d = r \cdot (1 - \cos\alpha) = r \cdot \left(1 - \cos120^\circ\right) = r \cdot \frac{3}{2}$
解得:
$r = \frac{2d}{3}$
洛伦兹力与向心力平衡
根据洛伦兹力公式 $eBv = \frac{mv^2}{r}$,代入半径r:
$m = \frac{eBv \cdot r}{v^2} = \frac{eBr}{v}$
将 $r = \frac{2d}{3}$ 代入:
$m = \frac{eB \cdot \frac{2d}{3}}{v} = \frac{2\sqrt{3}dBe}{3v}$