Question

【題目】圖甲為洛倫茲力演示儀的實物照片，圖乙為其工作原理圖。勵磁線圈為兩個圓形線圈，線圈通上勵磁電流I（可由電流表示數讀出）后，在兩線圈間可得到垂直線圈平面的勻強磁場，其磁感應強度的大小和I成正比，比例系數用k表示，I的大小可通過“勵磁電流調節旋鈕”調節；電子從被加熱的燈絲逸出（初速不計），經加速電壓U（可由電壓表示數讀出）加速形成高速電子束，U的大小可通過“加速電壓調節旋鈕”調節。玻璃泡內充有稀薄氣體，在電子束通過時能夠顯示電子的徑跡。請討論以下問題：

(1)調整燈絲位置使電子束垂直進入磁場，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為順時針，那么勻強磁場的方向是怎樣的？

(2)用游標瞄準圓形電子束的圓心，讀取并記錄電子束軌道的直徑D、勵磁電流I、加速電壓U。請用題目中的各量寫出計算電子比荷的計算式。

(3)某次實驗看到了圖丙①所示的電子徑跡，經過調節“勵磁電流調節旋鈕”又看到了圖丙②所示的電子徑跡，游標測量顯示二者直徑之比為2：1；只調節“加速電壓調節旋鈕”也能達到同樣的效果。

a．通過計算分別說明兩種調節方法是如何操作的；

b．求通過調節“勵磁電流調節旋鈕”改變徑跡的情況中，電子沿①、②軌道運動一周所用時間之比。

Answer 1

【答案】（1）磁場方向垂直線圈平面向里(2) (3) 保持“加速電壓調節旋鈕”的位置不變，調節“勵磁電流調節旋鈕”使勵磁電流I變為原來的2倍；或保持“勵磁電流調節旋鈕”的位置不變，調節“加速電壓旋鈕” 使加速電壓U變為原來的；2:1