- 磁场
- 共810题
12.如图甲所示,有一磁感应强度大小为B、垂直纸面向外的匀强磁场,磁场边界OP与水平方向夹角为θ=45°,紧靠磁场右上边界放置长为L、间距为d的平行金属板M、N,磁场边界上的O点与N板在同一水平面上,O1、O2为电场左右边界中点。在两板间存在如图乙所示的交变电场(取竖直向下为正方向)。某时刻从O点竖直向上以不同初速度同时发射两个相同的质量为m、电量为+q的粒子a和b。结果粒子a恰从O1点水平进入板间电场运动,由电场中的O2点射出;粒子b恰好从M板左端边缘水平进入电场。不计粒子重力和粒子间相互作用,电场周期T未知。求:
(1)粒子a、b从磁场边界射出时的速度va、vb;
(2)粒子a从O点进入磁场到O2点射出电场运动的总时间t;
(3)如果金属板间交变电场的周期T=,粒子b从图乙中t=0时刻进入电场,求要使粒子b能够穿出板间电场时E0满足的条件。
正确答案
(1)
(2) t=
(3)
解析
(1)如图所示,粒子a、b在磁场中匀速转过90o,平行于金属板进入电场,
由几何关系可得:,
由牛顿第二定律可得
解得:
(2)粒子a在磁场中运动的轨迹如图所示
在磁场运动的周期为
在磁场运动的时间:
粒子在无电磁场区域做匀速直线运动,所用的时间为
在电场中运动时间为
a粒子全程运动的时间为t= t1+t2+t3=
(3)粒子在磁场中运动的时间相同,a、b同时离开磁场,
a比b进入电场落后的时间为,故粒子b在t=0时刻进入电场,而粒子a在
时刻进入电场。
由于粒子a在电场中从O2射出,在电场中竖直方向位移为0,故a在电场中运动的时间ta是周期的整数倍,由于vb=2va,b在电场中运动的时间是,可见b在电场中运动的时间是半个周期的整数倍,即
故
粒子b在内竖直方向的位移为
粒子在电场中的加速度
由题知 粒子b能穿出板间电场应满足ny≤d
解得
考查方向
1、考查带电物体在交变电场、磁场的复合场中的运动模型。
2、考查带分析电物体在磁场中的匀速圆周运动轨迹及其基本公式计算。匀速圆周运动的基本公式:
3、考查带电粒子在平行板电容器间的类平抛运动及其基本公式
解题思路
1、首先根据几何知识求出带电粒子在磁场中匀速圆周运动的半径,再根据公式:求出粒子出磁场的速度。
2、分析粒子从O出发到从O2离开各阶段的运动类型,根据各阶段的基本公式求解各阶段的时间,得到总时间。
3、对于带电粒子在交变电场中的运动应该先分析带电粒子在一个周期内的运动类型,及运动轨迹,再根据粒子运动轨迹的周期性求解。
易错点
1、对粒子在磁场中的运动类型及轨迹分析不清楚。
2、对公式的选择模糊不清。
3、对粒子在交变电场中的运动轨迹分析不到位。
知识点
12.如图所示,在纸面内有磁感应强度大小均为B,方向相反的匀强磁场,虚线等边三角形ABC为两磁场的理想边界。已知三角形ABC边长为L,虚线三角形内为方向垂直纸面向外的匀强磁场,三角形外部的足够大空间为方向垂直纸面向里的匀强磁场。一电量为+q、质量为m的带正电粒子从AB边中点P垂直AB边射入三角形外部磁场,不计粒子的重力和一切阻力,试求:
(1)要使粒子从P点射出后在最快时间内通过B点,则从P点射出时的速度v0为多大?
(2)满足(1)问的粒子通过B后第三次通过磁场边界时到B的距离是多少?
(3)满足(1)问的粒子从P点射入外部磁场到再次返回到P点的最短时间为多少?画出粒子的轨迹并计算。
正确答案
见解析
解析
(1)当粒子回旋半个圆周到达B点所用时间最短,此时粒子做圆周运动半径r=L/4(2分)
T=2πm/qB,t1=πm/qB
V0=πr/ t1= qBL /4m
(2)粒子做圆周运动半径r=L/4,由几何关系可知:
过B点后第三次通过磁场边界时距离B点:
S=3r=3L/4
(3)粒子运动轨迹如图:
t2= T=25πm/3qB
考查方向
解题思路
根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动
易错点
画运动轨迹
知识点
8.如图甲所示,在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场,电场的方向水平向右(图甲中由B到C),场强大小随时间变化情况如图乙所示;磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示。在t=1s时,从A点沿AB方向(垂直于BC)以初速度v0射出第一个粒子,并在此之后,每隔2s有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出,并恰好均能击中C点,若AB=BC=L,且粒子由A运动到C的运动时间小于1s。不计重力和空气阻力,对于各粒子由A运动到C的过程中,以下说法正确的是( )
正确答案
解析
A、在t=1s时,空间区域存在匀强磁场,粒子做匀速圆周运动,如图2所示;由牛顿第二定律得:,粒子的轨道半径,
,则:
;带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,竖直方向:
,水平方向:
,而
,所以
,故A正确;
B、第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比:,故B错误;
C、第二个粒子,由动能定理得:,则
,第一个粒子的动能
第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为1:5,故C错误;
D、第一个粒子的运动时间:,第二个粒子的运动时间:
,第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比
,故D正确; 本题答案选AD
考查方向
解题思路
带电粒子在电场中做类平抛运动,在匀强磁场中做匀速圆周运动,由平抛运动与圆周运动的知识分析答题.
易错点
关键从试题中读出信息,分析出粒子的运动规律,正确画出示意图.
知识点
12.如图所示,在竖直平面内,直线MO与水平线PQ相交于O,二者夹角θ=30°,在MOP范围内存在竖直向下的匀强电场,电场强度为E,MOQ上方的某个区域有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,O点处在磁场的边界上,现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸面内以大小不等的速率v(v≤v0)垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力。求:
(1)速度最大的粒子在磁场中运动的时间;
(2)速度最大的粒子打在水平线POQ上的位置离O点的距离;
(3)磁场区域的最小面积。
正确答案
(1)(2)
(3)
解析
(1)因粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左,说明粒子速度方向改变了,由几何关系可得粒子的运动轨迹如图所示。设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,粒子在匀强磁场中运动时间为t1因为
所以
(2)由,得
设粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,设匀速运动的距离为s,由几何关系知:
过MO后粒子在电场中做类平抛运动,设运动的时间为t2,则:
由几何关系知,速度最大的粒子打在水平线POQ上的位置离O点的距离
(6分)
(3)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积
扇形的面积
的面积为:
答:(1)速度最大的粒子在磁场中运动的时间为;
(2)速度最大的粒子打在水平线POQ上的位置离O点的距离为;
(3)磁场区域的最小面积为
考查方向
解题思路
(1)根据题设条件画出粒子运动的轨迹,根据轨道知,粒子经历三个运动,磁场中的匀速圆周运动、离开磁场后的匀速直线运动和进入电场后的类平抛运动,根据题设条件分三段分别利用运动规律求解粒子运动的时间即可;(2)分三段求PO间的距离,圆周运动部分、匀速运动部分和类平抛运动部分.(3)根据题目条件,磁场区域只需要存在于粒子发生偏转的过程中,作出不同速度粒子的偏转情况,求出满足条件的磁场区域即可
易错点
正确作出不同速度粒子偏转示意图,根据不同的受力情况推断粒子的运动状态
知识点
2 .狄拉克曾经预言,自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子,其周围磁感线呈均匀辐射状分布。磁单极S的磁场分布如图所示,假设磁单极子S固定,有一带电量为q的小球在S附近以速度大小为v,半径为r做匀速圆周运动,则关于小球做匀速圆周运动的判断正确的是( )
正确答案
解析
A.小球做匀速圆周运动的向心力是洛仑兹力与重力的合力,故A错误;
B、C.由左手定则结合受分析可知,若粒子带正电且转动方向为逆时针时(由上向下看)则其受到的洛伦兹力方向斜向上,与重力的合力可以指向圆心,同理若粒子带负电此时小球应沿顺时针方向运动(由上向下看)故BC错误;
D.由牛顿第二定律结合数学知识可得,解得
,故D正确;故本题选D
考查方向
解题思路
小球受重力与洛伦兹力,其合力提供小球做圆周运动的向心力;由左手定则分析可知小球受到的洛伦兹力方向斜向上,从上向下看,若小球带正电则应逆时针时方向转动,如果小球带负电,小球应顺时针方向运动;由牛顿第二定律结合圆周运动知识求解磁感应强度;
易错点
洛伦兹力的方向与磁感应强度的方向垂直,提供小球做圆周运动的向心力是合力;
知识点
21.一半径为R的圆柱形区域内存在垂直于端面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,其边缘放置一特殊材料制成的圆柱面光屏。一粒子源处在光屏狭缝S处,能向磁场内各个方向发射相同速率的同种粒子,粒子的比荷为,不计重力及粒子间的相互作用。以下判断正确的是
正确答案
解析
由于是一群离子向各个方向发射,即以粒子运动的直径为半径扫过区域就是粒子能够到达的区域。A选项,若荧光屏上各个部位均有光点,即离子运动的2r>2R,根据洛伦兹力提供向心力有:qvB=得,
,所以
>2R,故
,故错误。
B选项,若仅光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径
R=
,所以v=
,B选项正确。C选项,若仅
光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径2r=R,
,所以
,C选项正确。
D选项,若仅光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径
,
,所以
,故错误。
考查方向
1、考查带电粒子群在匀强磁场中的匀速圆周运动及运动轨迹的分析计算。
2、考查带电粒子群在匀强磁场中运动半径的计算,及分析、计算带电粒子做匀速圆周运动的轨迹与几何知识的结合。
解题思路
1、首先根据几何知识,找出带电粒子打在光屏上的区域面积与带电粒子群运动的轨道半径点的关系,计算出带电粒子运动轨道半径。
2、再根据洛伦兹力提供向心力:qvB=,计算出带电粒子运动的速率。
易错点
1、不清楚一个带电粒子与一群带电粒子在匀强磁场中运动的区别。
2、对带电粒子匀速圆周运动的几何轨不清楚。
知识点
18.如图所示,两平行金属板AB中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。A板带正电荷,B板带等量负电荷,电场强度为E;磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B1。平行金属板右侧有一挡板M,中间有小孔O′,OO′是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B2。CD为磁场B2边界上的一足够长的绝缘板,它与M板的夹角θ=45°,的长度为
,现有大量质量均为m,含有各种不同电荷量、不同速度、不同电性的带电粒子(不计重力),自O点沿OO′方向进入电磁场区域,其中有些粒子沿直线OO′方向运动,并进入匀强磁场B2中,求:
(1)进入匀强磁场B2的带电粒子的速度;
(2)若其中某一带正电的粒子恰好不从CD边界射出,则该粒子所带电荷量为多少;
(3)绝缘板CD上被带电粒子击中区域的长度。
正确答案
(1)v=
(2)q=(+1)
(3)x=r2-r1=2a
解析
(1)沿直线OO′ 运动的带电粒子,设进入匀强磁场B2的带电
粒子的速度为v, 根据qvB1=qE 解得:v=
(2)粒子进入匀强磁场B2中做匀速圆周运动,根据qvB2=m,
由几何关系: r1+r1=a, 解得:r1=(
-1)a.
电荷量q=(+1)
(3)带负电的粒子在磁场B2中向上偏转,某带负电粒子轨迹与CD相切,如图所示,
设半径为r2,依题意r2+a=r2 解得:r2= (
+1)a
则CD板上被带电粒子击中区域的长度为x=r2-r1=2a
考查方向
解题思路
(1)根据电场力与洛伦兹力相等,即可求出进入匀强磁场B2的带电粒子的速度;
(2)根据洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律即可得带电量多少,再由几何关系可确定电荷量的最大值;
(3)根据运动轨迹的几何特性,结合几何关系即可求解.
易错点
运动过程,运动状态不清楚。
知识点
8.如图所示,在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一点电荷从图中A点以速度v0垂直磁场射入,速度方向与半径方向的夹角为30°。当该电荷离开磁场时,速度方向刚好改变了180°。不计电荷的重力,下列说法正确的是 ( )
正确答案
解析
A选项,带电粒子在圆形磁场中的运动规律:粒子沿圆心射入,沿圆心射出,但是此题中粒子并不沿圆心射入,故其出磁场时的速度的反向延长线不通过O点,故错误。
B选项,粒子运动的轨迹如图所示,根据几何只是可知粒子做匀速圆周运动的半径,又因为
,所以
,故B选项正确。
C选项,粒子在磁场中运动的时间,故C选项正确,D错误。
考查方向
解题思路
1、首先分析带电粒子在圆形磁场中的运动轨迹,确定圆心及半径。2、根据几何知识求出带电粒子在磁场中匀速圆周运动的半径r,再根据公式,求出带电粒子的比荷。3、根据公式
求时间。
易错点
1、对带电粒子“比荷”的含义理解不清楚。2、对带电粒子在圆形磁场中运动的特点不清楚。
知识点
8.如图所示为某一装置的俯视图,PQ、MN为水平放置且足够长的平行金属薄板,两板间有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直薄板平面向里,金属棒AB垂直放置在两板上且与两板接触良好。现有质量为m,电荷量为+q的粒子以初速度V0水平向左射入两板之间,若磁场足够大,粒子的重力不计,且粒子不会打到两板上,则( )
正确答案
解析
A. 若带电粒子做匀速直线运动,带电粒子受力平衡,受到的电场力竖直向上,粒子带正电,由右手定则可知金属棒AB应向左运动,故A错误; B、C. 据左手定则可知粒子受洛仑兹力方向向下,则电场力方向向上,两者才能平衡,据右手定则AB向左运动, ,
,解得
,所以金属棒向左运动的速度为V0时,带电粒子做匀速直线运动,故B错误,C正确; D. 若金属棒一直未动,则粒子不受电场力,粒子仅受洛伦滋力的作用做圆周运动,由
,
得,则带电粒子从初始时到位移大小为
时,经过的时间为
,(n=1、2、3…)
或,(n=1、2、3…),后者当n=0时,得时间间隔
,故D正确;故本题选CD
考查方向
解题思路
根据平衡条件列出方程,带入有关表达式得到答案,只存在磁场,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动.由洛伦兹力充当向心力可以求的轨道半径,依据半径可以求出位移大小,得到对应的圆心角,进而可以求得时间.
易错点
求解时间进,关键要找对圆心角,还要考虑粒子做圆周运动的周期性。
知识点
如图所示的区域中,左边为垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度B大小末知,右边是一个电场强度大小为的匀强电场,其方向平行于OC向上且垂直于磁场方向.有一初速度大小为
,质量为m、电荷量为-q的带电粒子从P点与边界线PQ的夹角
的方向射入匀强磁场,恰好从O点正上方的C点处垂直于OC射入匀强电场,最后打在Q点.已知
,不计粒子重力。
17.求磁感应强度B的大小;
18.求OQ的长度;
19.如果保持电场与磁场方向不变, 并将它们左右对调,且磁感应强度大小变为原来的,电场强度变为原来的一半,粒子仍从P点以速度
沿某一方向射入 ,恰好从O点正上方的C点射入匀强磁场,则粒子进入磁场后做圆周运动的半径是多少?
正确答案
解析
作出粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹,由几何关系得:
解得:
由洛伦兹力提供向心力得
解得
考查方向
解题思路
据题目信息可知:本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动知识点,具体解题步骤如下: 1.粒子在匀强磁场中,洛伦兹力提供向心力,由圆周运动的知识结合几何知识确定出粒子的半径; 2.由带电粒子在匀强磁场中的半径公式变形,求出匀强磁场的磁感应强度;
易错点
正确画出粒子的运动轨迹,运动数学知识求的半径是解题的关键。
正确答案
解析
粒子在电场中做类平抛运动,则有:
解得OQ的长度
考查方向
解题思路
据题目信息可知:本题考查带电粒子在匀强电场中的运动知识点,具体解题步骤如下: 1.带电粒子在电场中做类平抛运动,垂直电场方向做匀速直线运动,平行电场线方向做初速度为零的匀加速直线运动, 2.根据规律列出方程联立求解即可。
易错点
曲线运动的分解思想,类平抛规律的掌握。
正确答案
解析
电场和磁场左右对调后,对粒子在电场中的运动,由动能定理得
其中
解得
代入
其中,解得
所以粒子进入磁场后做圆周运动的半径为
考查方向
解题思路
据题目信息可知:本题考查带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在匀强磁场中的运动;动能定理等知识点,具体解题步骤如下: 1.在电场中根据动能定理求出粒子进入磁场的速度; 2.由洛伦兹力提供向心力,由圆周运动的知识求出此时粒子在匀强磁场中的半径;
易错点
关键确定出粒子进入磁场时的速度;
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