- 磁场对运动电荷的作用
- 共2267题
在某一真空中建立xOy坐标系,从原点O处向第Ⅰ象限发射一比荷qm=1×104 C/kg的带正电的粒子(重力不计),初速度v0=103 m/s,方向与x轴正方向成30°角.
(1)若在坐标系y轴右侧加匀强磁场,在第Ⅰ象限,磁场方向垂直xOy平面向外,在第Ⅳ象限,磁场方向垂直xOy平面向里,磁感应强度均为B="1" T,如图18(a)所示.求粒子从O点射出后,第2次经过x轴时的坐标x1.
(2)若将上述磁场改为如图18(b)所示的匀强磁场,在t=0到t=2π3×10-4 s时,磁场方向垂直于xOy平面向外;在t=2π3×10-4 s到t=4π3×10-4 s时,磁场方向垂直于xOy平面向里,此后该空间不存在磁场.在t=0时刻,粒子仍从O点以与原来相同的初速度v0射入,求粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标x2.
图18
正确答案
(1)(0.2,0) (2)(0.6,0)
(1)粒子在x轴上方和下方的磁场中做半径相同的匀速圆周运动,其运动轨迹如图(a)所示.设粒子的轨道半径为r,有qvB=mv2/r,代入数据得r="0.1" m.由几何关系知x1坐标为x1=2r,代入数据得x1="0.2" m,故粒子从O点射出后,第二次经过x轴时的坐标x1为(0.2,0).
图(a)
(2)设粒子在磁场中做圆周运动的周期为T0,T0=2πm/qB,代入数据得T0=2π×10-4s.据题意,知粒子在t=0到t=2π/3×10-4s内和在t=2π/3×10-4s到t=4π/3×10-4s内在磁场中转过的圆弧所对的圆心角均为2π/3.粒子的运动轨迹应如图(b)所示.
图(b)
由几何关系得x2=6r,代入数据得x2="0.6" m,故粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标x2为(0.6,0).
如图,有大量质量为m、电荷量为+q的带电粒子以等大速度从P点沿垂直于磁场的不同方向连续射入磁感应强度为B,磁场宽度为d的匀强磁场中,求解下列问题:
(1)要使粒子不从右边界射出,粒子速度大小应满足的条件是什么?
(2)若粒子恰好不从右边界射出,这些粒子在磁场中所能到达区域的面积是多少?
(3)设从P点垂直左边界进入磁场的粒子,能从右边界Q点射出,射出时速度方向改变θ角,求该粒子的速度大小和粒子的偏转距离(E、Q间的距离) ?
正确答案
(1)
(2)
(3),
(1)根据题意画出粒子运动轨迹如图
……………………①
要使粒子不从右边界射出,应有 ……………………②
联立①②式解得
(2)若粒子恰好不从右边界射出。应有
此时粒子在磁场中所能到达的区域的面积为:
(3)设此时粒子速度为v2,轨迹半径为,由题意及几何知识得
∠ 故有
…………③
由牛顿第二定律得: …………④
联立③④式解得
粒子偏转距离为。
质量为m,电荷量为q的带电粒子以速率v在匀强磁场中做匀速圆周运动,磁场磁感应强度为B,则粒子通过位移为时所用的最小时间是______.
正确答案
带电粒子做圆周运动的轨道半径R=,粒子通过的位移大小等于半径,故粒子的位
移和半径正好组成等边三角形,如图所示.此位移对应的最小圆心角为,则所用的最小时间t=
×T=
.
如图所示,一带电量为q=2×10-9c,质量为m=1.8×10-16kg的粒子,在直线上一点O沿30°角方向进入磁感强度为B的匀强磁场中,经历t=1.5×10-6 s后到达直线上另一点P。求:
(1)粒子作圆周运动的周期T;
(2)磁感强度B的大小;
(3)若OP的距离为0.1m,则粒子的运动速度v多大?
正确答案
(1)1.8×10-6s (2)0.314T (3)3.49×10-5 m/s
如图12所示,在竖直平面内有一圆形绝缘轨道,半径R=1m,处于垂直于轨道平面向里的匀强磁场中,一质量为,带电量为
的小球,可在内壁滑动。现在最低点处给小球一个水平初速度v0,使小球在竖直平面内逆时针做圆周运动,图13甲是小球在竖直平面内的速率v随时间变化的情况,图13乙是小球所受轨道的弹力F随时间变化的情况,已知小球能
有两次到达圆形轨道的最高点。结合图象和数据(g="10" m/s2),求:
(1)磁感应强度的大小;
(2)小球从开始运动至图甲中速度为2m/s的过程中,摩擦力对小球做的功。
正确答案
(1)B=0.1T(2)
(1)由甲图可知,小球第二次过最高点时,速度大小为2m/s,由乙图可知此时轨道与球间的弹力为0,所以有:,代入数据可得:B=0.1T
(2)从乙图可知小球第一次过最低点时,轨道与球间的弹力为:F=8.0×10-2N,由牛顿第二定律可得:,解得:v0=7m/s,由于在上过程中洛仑兹力不做功,根据动能定理可得:
,代入数据可得:
(8分)如图所示,在一矩形区域内,不加磁场时,不计重力的带电粒子以某一初速度垂直左边界射入,穿过此区域的时间为t.若加上磁感应强度为B、垂直纸面向外的匀强磁场,带电粒子仍以原来的初速度入射,粒子飞出磁场时偏离原方向60°,利用以上数据求:带电粒子的比荷及带电粒子在磁场中运动的周期
正确答案
由带电粒子在磁场中运动的偏转角,可知带电粒子运动轨迹所对的圆心角为60°,因此由几何关系得磁场宽度L=Rsin60o………………1分
又未加磁场时有L=v0t,……………1分
又由…………………1分
所以可求得比荷………………2分
得……………3分
本题考查带电粒子在磁场中的偏转,画出粒子的运动轨迹,先找圆心后求得半径,洛伦兹力提供向心力求得荷质比,轨迹所对应圆心角为60°,运动时间为周期的六分之一
如图所示,一束电子从静止开始经U′= 5000V的电场加速后,从水平放置的一对平行金属板正中央水平射入偏转电场中,若金属极板长L = 0.05m,两极板间距d = 0.02m,试求:
①两板间至少要加U才能使电子恰不飞出电场?
②在上述电压下电子到达极板时的动能为多少电子伏?
正确答案
①V
②
解:⑴ 要使恰好飞不出去就是竖直位移正好是d/2 水平位移正好是L
电子进入水平放置的平行板时的速度设为电子的质量设为m
则: ① ( 1 分)
进入水平极板后,竖直方向上, ② (1 分)
运动时间 ③ ( 1 分)
竖直方向上发生的位移是,即
④ (1 分)
联立得 ⑤ ( 1 分)
带入数字得
⑵整个过程中,只有电场力做功绩
( 3 分)
在倾角为30°的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,一匀强磁场垂直于斜面向上,如图所示,当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时,导体棒恰好静止于斜面上,则磁感应强度B=_______.
正确答案
导体棒静止于斜面上,所以棒受到的沿斜面向上的安培力与棒的重力沿斜面向下的分力相等,即BIL=mgsin30°,故B=.
如图所示,在xOy平面内,电荷量为q、质量为m的电子,从原点O垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,电子的速度为v0,方向与x轴正方向成30°角,试求:
(1)电子从O点开始,第一次到达x轴所用的时间是多少?
(2)电子经过x轴的位置距坐标原点O的距离是多少?
正确答案
(1)电子在磁场中的运动轨迹如图中实线所示,占整个圆周的,即其对应的圆心角为
--------------------------------------------------3分
电子做匀速圆周运动的周期为------------------------------3分
所以电子第一次到达x轴所用的时间为 =
------------------3分
(2)电子所受到的洛仑兹力提供它做匀速圆周运动的向心力,即
----------------------------------------------------------2分
解得----------------------------------------------------2分
电子在x轴上的位置距原点的距离为-----------------------2分
略
有三个粒子a、b、c(不计重力)以相同的速度垂直射入匀强磁场中,它们的运动轨迹如图所示,其中b粒子做直线运动,则a粒子带____________电,b粒子____________,c粒子带_______________电.
正确答案
负不带电正
b粒子做直线运动,表明b粒子不受洛伦兹力,b粒子不带电.根据a、c粒子的偏转方向,可断定出a粒子带负电,c粒子带正电.
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