高考物理電粒子在電場中的軌跡有以下幾種情況:
1. 帶電粒子加速:帶電粒子從靜止開始受到電場力的作用時,由于電場力是恒力,因此粒子做勻加速運動。
2. 帶電粒子勻速直線運動:這種情況有兩種。一種是粒子在勻強電場中運動,受到的電場力和粒子的重力相等,因此粒子做勻速直線運動;另一種是粒子進入勻強磁場時,受到洛倫茲力而做勻速直線運動。
3. 帶電粒子在復合場中的運動:帶電粒子在重力、電場力和洛倫茲力共同作用下,可能做勻速直線運動、勻速圓周運動,或拋體運動。
此外,帶電粒子在磁場中可能發生偏轉(即出現類似曲線或折線軌跡),如帶正電的粒子垂直射入勻強磁場,做勻速圓周運動;帶電粒子從一端射入電場,在另一側射出,軌跡為拋物線。
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題目:
在垂直紙面內,一束速率相同的電子以不同的半徑做勻速圓周運動。在圖示的坐標系中,$xOy$平面是直角平面,$y$軸是紙面與電子運動軌跡的交線,$x$軸是電子運動的徑向平面。已知電子的質量為$m$,電量為$e$,電子運動軌跡的半徑為$R_{1}$和$R_{2}$,圓心分別為$O_{1}$和$O_{2}$。求:
(1)電子在$O_{1}$和$O_{2}$處受到的洛倫茲力的大小;
(2)電子在$O_{1}$和$O_{2}$處的動能大小;
(3)若電子運動軌跡的半徑為$R = 2R_{1}$,求電子運動周期。
答案:
(1)根據洛倫茲力提供向心力有:$evB = m\frac{v^{2}}{R}$,解得:$F = \frac{evBR}{m}$
(2)根據動能定理有:$e\frac{v^{2}}{2} = \frac{1}{2}mv^{2} - 0$,解得:$E_{k} = \frac{ev^{2}}{2}$
(3)根據周期公式有:$T = \frac{2\pi R}{v}$,解得:$T = \frac{2\pi m}{eB}$
解析:
本題考查了帶電粒子在磁場中的運動,根據洛倫茲力提供向心力列式求解即可。
【分析】
(1)根據洛倫茲力提供向心力列式求解;
(2)根據動能定理列式求解;
(3)根據周期公式列式求解。
【解答】
(1)電子在$O_{1}$和$O_{2}$處受到的洛倫茲力的大小相等,大小均為:F = \frac{evBR}{m};
(2)電子在$O_{1}$和$O_{2}$處的動能大小相等,大小均為:E_{k} = \frac{ev^{2}}{2};
(3)電子運動周期為:T = \frac{2\pi m}{eB}。
當半徑為$R = 2R_{1}$時,周期為:T = \frac{4\pi m}{eB}。
【例題答案】
(1)相等;
(2)相等;
(3)$T = \frac{4\pi m}{eB}$。