Question

【题目】人们对电场的认识是不断丰富的，麦克斯韦经典电磁场理论指出，除静止电荷产生的静电场外，变化的磁场还会产生感生电场。静电场和感生电场既有相似之处，又有区别。电子质量为，电荷量为。请分析以下问题。

(1)如图1所示，在金属丝和金属板之间加以电压，金属丝和金属板之间会产生静电场，金属丝发射出的电子在静电场中加速后，从金属板的小孔穿出。忽略电子刚刚离开金属丝时的速度，求电子穿出金属板时的速度大小v；

(2)电子感应加速器是利用感生电场加速电子的装置，其基本原理如图2所示。上图为侧视图，为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一环形真空室，下图为真空室的俯视图。电磁铁线圈中电流发生变化时，产生的感生电场可以使电子在真空室中加速运动。

a.如果电子做半径不变的变加速圆周运动。已知电子运动轨迹半径为，电子轨迹所在处的感生电场的场强大小恒为，方向沿轨迹切线方向。求初速为的电子经时间获得的动能及此时电子所在位置的磁感应强度大小；

b.在静电场中，由于静电力做的功与电荷运动的路径无关，电荷在静电场中具有电势能，电场中某点的电荷的电势能与它的电荷量的比值，叫做这一点的电势。试分析说明对加速电子的感生电场是否可以引入电势概念。

Answer 1

【答案】(1) ；(2) a．，；b．不能

【解析】

(1)电子在电场中加速，由动能定理

解得

(2)a．电子受到一直沿切线方向的电场力而不断加速，由牛顿第二定律

由匀变速直线运动规律，经过时间t，获得速度

动能

联立以上各式，可得

电子受到一直指向圆心的洛伦兹力而不断改变速度的方向

洛伦兹力充当向心力

联立可得

b．假设电场恒定，电子顺时针转一周，电场力做负功，电势能减少；电子逆时针转一周，电场力做正功，电势能增加。可以看出，同样的起点和终点，电场力的做功不同，说明电场力做功不是与路径无关，进而同一点的电势能不是不变的。因此对加速电子的感生电场，是不能引入电势概念的。