题目
一带电粒子,垂直射入均匀磁场,如果粒子质量增大到2倍,入射速度增大到2倍,磁感应强度增大到2倍,则通过粒子运动轨道所包围范围内的磁通量增大到原来的:A. 1倍B. 2倍C. 4倍D. 8倍
一带电粒子,垂直射入均匀磁场,如果粒子质量增大到2倍,入射速度增大到2倍,磁感应强度增大到2倍,则通过粒子运动轨道所包围范围内的磁通量增大到原来的:
A. 1倍
B. 2倍
C. 4倍
D. 8倍
题目解答
答案
D. 8倍
解析
考查要点:本题主要考查带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律,以及磁通量的计算。
解题核心思路:
- 确定轨道半径的变化:利用公式 $r = \frac{mv}{qB}$,分析各物理量变化后的轨道半径。
- 计算磁通量:磁通量 $\Phi = B \cdot S$,其中 $S$ 是圆轨道的面积。
破题关键点:
- 质量、速度、磁感应强度的变化对轨道半径的综合影响。
- 磁通量与磁场强度、轨道面积的乘积关系。
步骤1:分析轨道半径的变化
原轨道半径公式为:
$r = \frac{mv}{qB}$
当质量 $m \to 2m$,速度 $v \to 2v$,磁感应强度 $B \to 2B$ 时,新轨道半径为:
$r' = \frac{(2m)(2v)}{q \cdot 2B} = \frac{4mv}{2qB} = 2r$
结论:轨道半径变为原来的2倍。
步骤2:计算轨道面积的变化
原轨道面积为:
$S = \pi r^2$
新轨道面积为:
$S' = \pi (r')^2 = \pi (2r)^2 = 4\pi r^2$
结论:轨道面积变为原来的4倍。
步骤3:计算磁通量的变化
原磁通量为:
$\Phi = B \cdot S = B \cdot \pi r^2$
新磁通量为:
$\Phi' = B' \cdot S' = (2B) \cdot (4\pi r^2) = 8B\pi r^2$
结论:磁通量变为原来的8倍。