Question

（18分）洛倫茲力演示儀是由勵(lì)磁線圈（也叫亥姆霍茲線圈）、洛倫茲力管和電源控制部分組成的。勵(lì)磁線圈是一對(duì)彼此平行的共軸串聯(lián)的圓形線圈，它能夠在兩線圈之間產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)。洛倫茲力管的圓球形玻璃泡內(nèi)有電子槍，能夠連續(xù)發(fā)射出電子，電子在玻璃泡內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以顯示出電子運(yùn)動(dòng)的徑跡。其結(jié)構(gòu)如圖所示。

（1）給勵(lì)磁線圈通電，電子槍垂直磁場(chǎng)方向向左發(fā)射電子，恰好形成如“結(jié)構(gòu)示意圖”所示的圓形徑跡，則勵(lì)磁線圈中的電流方向是順時(shí)針方向還是逆時(shí)針方向？

（2）兩個(gè)勵(lì)磁線圈中每一線圈為N = 140匝，半徑為R =140 mm，兩線圈內(nèi)的電流方向一致，大小相同為I =1.00A，線圈之間距離正好等于圓形線圈的半徑，在玻璃泡的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度（特斯拉）。燈絲發(fā)出的電子經(jīng)過加速電壓為U=125V的電場(chǎng)加速后，垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，通過標(biāo)尺測(cè)得圓形徑跡的直徑為D =80.0mm，請(qǐng)估算電子的比荷。（答案保留2位有效數(shù)字）

（3）為了使電子流的圓形徑跡的半徑增大，可以采取哪些辦法？

 

Answer 1

（1）順時(shí)針方向

（2）

（3）增大加速電壓；減小線圈中的電流。

解析:

（1）勵(lì)磁線圈中電流方向是順時(shí)針方向。       （3分）

（2）電子在加速電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理

                            ①

   電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充當(dāng)向心力

                            ②

                             D= 2r                               ③

   解得：                     ④

又                 ⑤

   代入數(shù)據(jù)得：         ⑥      (12分)

 （3）增大加速電壓；減小線圈中的電流。      （3分）