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例題:一個質量為m的帶電粒子以速度v垂直射入勻強磁場中,洛倫茲力對粒子做功為W。現將粒子帶電量增加一倍,同時將粒子射入速度也增加一倍,不計重力影響。若要使粒子仍以v的速度垂直射入該勻強磁場,求磁感應強度的最小值。
解析:
(1)根據動能定理,粒子在磁場中運動時洛倫茲力對粒子做功等于粒子動能的變化量,即:
W = (1/2)mv2
(2)當粒子的速度加倍時,洛倫茲力加倍,但粒子的電量加倍后,洛倫茲力對粒子做功不變。因此,要使粒子仍以v的速度垂直射入該勻強磁場,必須使磁感應強度加倍。
(3)根據B = F/IL和洛倫茲力公式F = qvB,磁感應強度B與粒子電量q、速度v以及電流I無關,只與粒子的運動性質有關。因此,磁感應強度的最小值為:
Bmin = (W/mv)2
答案:磁感應強度的最小值為Bmin = (W/mv)2。
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