Question

【題目】圖甲為洛倫茲力演示儀的實(shí)物照片，圖乙為其工作原理圖。勵(lì)磁線圈為兩個(gè)圓形線圈，線圈通上勵(lì)磁電流I（可由電流表示數(shù)讀出）后，在兩線圈間可得到垂直線圈平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和I成正比，比例系數(shù)用k表示，I的大小可通過(guò)“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕”調(diào)節(jié)；電子從被加熱的燈絲逸出（初速不計(jì)），經(jīng)加速電壓U（可由電壓表示數(shù)讀出）加速形成高速電子束，U的大小可通過(guò)“加速電壓調(diào)節(jié)旋鈕”調(diào)節(jié)。玻璃泡內(nèi)充有稀薄氣體，在電子束通過(guò)時(shí)能夠顯示電子的徑跡。請(qǐng)討論以下問(wèn)題：

(1)調(diào)整燈絲位置使電子束垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，電子的徑跡為圓周。若垂直線圈平面向里看電子的繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針，那么勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向是怎樣的？

(2)用游標(biāo)瞄準(zhǔn)圓形電子束的圓心，讀取并記錄電子束軌道的直徑D、勵(lì)磁電流I、加速電壓U。請(qǐng)用題目中的各量寫(xiě)出計(jì)算電子比荷的計(jì)算式。

(3)某次實(shí)驗(yàn)看到了圖丙①所示的電子徑跡，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕”又看到了圖丙②所示的電子徑跡，游標(biāo)測(cè)量顯示二者直徑之比為2：1；只調(diào)節(jié)“加速電壓調(diào)節(jié)旋鈕”也能達(dá)到同樣的效果。

a．通過(guò)計(jì)算分別說(shuō)明兩種調(diào)節(jié)方法是如何操作的；

b．求通過(guò)調(diào)節(jié)“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕”改變徑跡的情況中，電子沿①、②軌道運(yùn)動(dòng)一周所用時(shí)間之比。

Answer 1

【答案】（1）磁場(chǎng)方向垂直線圈平面向里(2) (3) 保持“加速電壓調(diào)節(jié)旋鈕”的位置不變，調(diào)節(jié)“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕”使勵(lì)磁電流I變?yōu)樵瓉?lái)的2倍；或保持“勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)旋鈕”的位置不變，調(diào)節(jié)“加速電壓旋鈕” 使加速電壓U變?yōu)樵瓉?lái)的；2:1