已知半径求圆周长

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已知半径求圆周长

2024-07-09 09:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

方法一:两速度垂线的交点即为圆心

例1、电视机的显像管中,电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后,进入一圆形匀强磁场区,如图1所示,磁场方向垂直于圆面,磁场区的中心为O,半径为r,当不加磁场时,电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘P,需要加磁场,使电子束偏转一已知角度957e28c79d93bfa4a0be2f30c79a9ff5.png,则此时磁场的磁感应强度B应为多少?

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图1

解析:电子先经过加速电场获得一定的速度,然后垂直于磁场方向进入磁场,不考虑电子重力的影响,电子在洛仑兹力的作用下在匀强磁场中做圆周运动,圆周上的两点8d64a5e74daf40de0792a94946b50715.png分别为进入和射出磁场的点。作电子在8d64a5e74daf40de0792a94946b50715.png二点速度d11023a20f25e33b1aa017a4828e6afd.png的垂线,交点5e3ed9c3235bf322f5ef7565992c245f.png即为轨迹圆的圆心,如图2所示。设电子的质量为m,电量为e,电子进入磁场时的速度为v,在磁场中做圆周运动的半径为R。电子在电场中加速,有7f384278aef35285cd0c24eb72986347.png

由牛顿第二定律和洛仑兹力公式有

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从图可知bb09ccd8c8fbece5823625dad4e5e00f.png

联立以上三式解得

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方法二:两条弦的垂直平分线的交点即为圆心

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图2

例2、如图3所示,在垂直于坐标平面的方向有足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。一带正电荷量q的粒子,质量为m,从O点以某一速度垂直射入磁场,其轨迹与a80a0dac17b8ab897f2d2f5f0b0fef87.png轴的交点A、C到O点的距离分别为8d64a5e74daf40de0792a94946b50715.png。试求:

(1)初速度与x轴的夹角;

(2)初速度的大小。

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图3

解析:(1)粒子垂直射入磁场,在xOy平面内做匀速圆周运动,OA、OC是圆周上的两条弦,做两条弦的垂直平分线,交点5e3ed9c3235bf322f5ef7565992c245f.png即为圆轨迹的圆心,以5e3ed9c3235bf322f5ef7565992c245f.png为圆心,以fc99c31690545ba4df36e2b5be12aba7.png为半径画圆。正电荷在O点受到的洛仑兹力方向如图4所示。由左手定则知,粒子的初速度方向垂直于387532708b78aac5853ad8c6979b7135.png斜向上。

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图4

设初速度为dfc42112d9fea44e7d408f8892df5289.png,与x轴的夹角为957e28c79d93bfa4a0be2f30c79a9ff5.png,由几何关系可知角f92b8d9f96f9567490ea10eaabafb25b.png,故有

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(2)据图可知,电子的轨道半径

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由牛顿第二定律和洛仑兹力公式有

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解得:279d61a1814bdf92112cc9dd0588b5a3.png

方法三:两洛仑兹力作用线的延长线的交点即为圆心

例3、如图5所示,有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。在匀强磁场中做匀速圆周运动的一个电子动量为P,电荷量为e,在A、C点,所受洛仑兹力的方向如图5所示。已知8b4f544134fcc8d815c6301b647c008d.png,求电子从A运动到C的过程中的偏转角。

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图5

解析:A、C为圆周上的两点,做洛仑兹力作用线的延长线,交点O即为电子的圆周轨迹的圆心。以O为圆心、R=OA为半径作出电子从A到C的运动轨迹,标出电子在A、C两点的速度方向,它们的夹角即为偏转角957e28c79d93bfa4a0be2f30c79a9ff5.png,如图6所示。由几何关系有

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由牛顿第二定律及洛仑兹力公式有

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由动量的定义式有

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由以上三式解得

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图6



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