题目
一个电子以速度v垂直地进入磁感强度为B的均匀磁场中,此电子在磁场中运动的轨道所围的面积内的磁通量是( )A. 正比于B,反比于(v)^2B. 反比于B,正比于(v)^2C. 正比于B,反比于vD. 反比于B,反比于v
一个电子以速度v垂直地进入磁感强度为B的均匀磁场中,此电子在磁场中运动的轨道所围的面积内的磁通量是( )
A. 正比于B,反比于${v}^{2}$
B. 反比于B,正比于${v}^{2}$
C. 正比于B,反比于$v$
D. 反比于B,反比于$v$
题目解答
答案
B. 反比于B,正比于${v}^{2}$
解析
考查要点:本题主要考查带电粒子在磁场中运动的轨迹与磁通量的关系,涉及圆周运动半径公式及磁通量的计算。
解题核心思路:
- 确定电子运动轨迹:电子垂直进入匀强磁场,做匀速圆周运动,轨迹半径由公式 $r = \frac{mv}{eB}$ 决定($m$ 为电子质量,$v$ 为速度,$e$ 为电子电荷量,$B$ 为磁感应强度)。
- 计算轨道围成的面积:圆的面积 $S = \pi r^2$。
- 求磁通量:磁通量 $\Phi = B \cdot S$,结合上述公式推导比例关系。
破题关键点:
- 半径公式是连接速度 $v$ 和磁感应强度 $B$ 的桥梁。
- 磁通量公式需注意面积与磁场的乘积关系,最终比例关系需通过代数推导得出。
步骤1:求电子运动轨迹半径
电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由公式:
$eBv = \frac{mv^2}{r}$
解得轨迹半径:
$r = \frac{mv}{eB}$
步骤2:计算轨道围成的面积
圆的面积为:
$S = \pi r^2 = \pi \left( \frac{mv}{eB} \right)^2 = \frac{\pi m^2 v^2}{e^2 B^2}$
步骤3:求磁通量
磁通量 $\Phi$ 等于磁场强度 $B$ 与面积 $S$ 的乘积:
$\Phi = B \cdot S = B \cdot \frac{\pi m^2 v^2}{e^2 B^2} = \frac{\pi m^2 v^2}{e^2 B}$
步骤4:分析比例关系
由 $\Phi = \frac{\pi m^2 v^2}{e^2 B}$ 可知:
- $\Phi$ 与 $B$ 成反比(分母含 $B$)。
- $\Phi$ 与 $v^2$ 成正比(分子含 $v^2$)。
因此,正确答案为 B。