在空间的某个区域,发现了均匀的电场和磁场,其矢量E和B同向。如果 E = 0.2 kV/,则有必要确定电子以与矢量 E 和 B 线成 60° 角以 V = 600 m/s 的速度进入这些场时移动的加速度 a米,B = 20 mT。
为了解决这个问题,我们将使用洛伦兹定律,该定律描述了电磁场中粒子的运动。根据该定律,电磁场中的带电粒子受到洛伦兹力和加速度a的作用,可由以下公式求出:
a=F/m
其中 F 是洛伦兹力,m 是粒子质量。
洛伦兹力的计算公式如下:
F = q * (E + v x B)
其中 q 是粒子的电荷,E 是电场,B 是磁场,v 是粒子的速度。
速度和磁场的矢量积可以使用以下公式计算:
v x B = |v| * |B| * 罪恶 * n
其中 α 是向量 v 和 B 之间的角度,n 是垂直于向量 v 和 B 形成的平面的单位向量。
在此问题中,矢量 E 和 B 是同向的,因此矢量 v 和 B 之间的角度 α 将等于 60°。
现在我们可以写出粒子加速度的方程:
a = q * (E + |v| * |B| * sin(60°) * n) / m
让我们替换已知值:
a = 1.6 * 10^-19 Kl * (0.2 * 10^3 V/m + 600 m/s * 20 mT * sin(60°) * n) / 9.1 * 10^-31 kg
让我们通过它的值来表达 60° 的正弦:
a = 1.6 * 10^-19 C * (0.2 * 10^3 V/m + 600 m/s * 20 mT * √3 / 2 * n) / 9.1 * 10^-31 kg
考虑到单位向量 n 可以是任何值,我们将其表示为 n = (cos α, sin α, 0) 的形式,其中 α 是任意角度。然后:
a = 1.6 * 10^-19 C * (0.2 * 10^3 V/m + 600 m/s * 20 mT * √3 / 2 * sin α) / 9.1 * 10^-31 kg
答案将是最小加速度值,因为电子将沿着半径为 R = |v| 的圆弧移动/ |B|,洛伦兹力将指向圆心。当 sin α = -1 时达到最小加速度值,则:
a = 1.6 * 10^-19 C * (0.2 * 10^3 V/m - 600 m/s * 20 mT * √3 / 2) / 9.1 * 10^-31 kg
a ≈ -2.69 * 10^14 m/s^2
因此,如果电子以 600 m/s 的速度以 60° 角飞入均匀电场和磁场中,则它将以 -2.69 * 10^14 m/s^2 的加速度沿圆弧运动。矢量线 E 和 B,且 E = 0.2 kV/m,B = 20 mT。电子的电荷为1.6 * 10^-19 C,质量为9.1 * 10^-31 kg。为了求解,使用了洛伦兹定律、洛伦兹力的公式以及叉积的表达式。
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