Question

8．如圖甲所示，M、N為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為d，兩板中央各有一個(gè)小孔OO′正對，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖乙所示．有一群正離子在t=0時(shí)垂直于M板從小孔O射入磁場．已知正離子質(zhì)量為m，帶電荷量為q，正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期與磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期都為T₀，不考慮由于磁場變化而產(chǎn)生的電場的影響，不計(jì)離子所受重力．求：
（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B₀的大小；
（2）要使正離子從O′孔垂直于N板射出磁場，正離子射入磁場時(shí)的速度v₀的可能值．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，結(jié)合圓周運(yùn)動的周期公式，可求出磁感應(yīng)強(qiáng)度．
（2）由幾何關(guān)系可確定運(yùn)動半徑與已知長度的關(guān)系，由正離子在兩板運(yùn)動n個(gè)周期，從而即可求解．

解答 解：（1）正離子射入磁場，洛倫茲力提供向心力：
B₀qv₀=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$
做勻速圓周運(yùn)動的周期：
T₀=$\frac{2πR}{{v}_{0}}$
聯(lián)立兩式得磁感應(yīng)強(qiáng)度：
B₀=$\frac{2πm}{q{T}_{0}}$
（2）要使正離子從O′孔垂直于N板射出磁場，v₀的方向應(yīng)如圖所示，
兩板之間正離子只運(yùn)動一個(gè)周期，即T₀，則R=$\fracloka8z7{4}$
兩板之間正離子運(yùn)動n個(gè)周期，即nT₀，則R=$\fracct8scma{4n}$，
聯(lián)立上式可得，正離子的速度v₀=$\frac{{B}_{0}qR}{m}$=$\frac{πd}{2n{T}_{0}}$ （n=1，2，3…）
答：（1 ）磁感應(yīng)強(qiáng)度B₀的大小為$\frac{2πm}{q{T}_{0}}$；
（2）要使正離子從O′孔垂直于N板射出磁場，正離子射入磁場時(shí)的速度v₀的可能值為$\frac{πd}{2n{T}_{0}}$ （n=1，2，3…）．

點(diǎn)評 考查離子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動，掌握牛頓第二定律的應(yīng)用，理解幾何關(guān)系的運(yùn)用，同時(shí)注意運(yùn)動的周期性．