- 带电粒子在匀强磁场中的运动
- 共240题
如图2所示,一带电粒子,从a点以垂直磁场方向的速度v进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中,沿着acb半圆弧运动,从b点飞出磁场,已测得半圆弧的直径ab长度为L,则下列说法中正确的是
正确答案
解析
略
知识点
9.英国物理学家阿斯顿因首次制成质谱仪,并用此对同位素进行了研究,因此荣获了1922年的诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列相关说法中正确的是
正确答案
解析
略
知识点
25.如图14所示,在xOy平面内,以O′(0,R)为圆心、R为半径的圆内有垂直平面向外的匀强磁场,x轴下方有垂直平面向里的匀强磁场,两区域磁感应强度大小相等.第四象限有一与x轴成45°角倾斜放置的挡板PQ,P、Q两点在坐标轴上,且O、P两点间的距离大于2R,在圆形磁场的左侧0<y<2R的区间内,均匀分布着质量为m、电荷量为+q的一簇带电粒子,当所有粒子均沿x轴正向以速度v射入圆形磁场区域时,粒子偏转后都从O点进入x轴下方磁场,结果有一半粒子能打在挡板上。不计粒子重力、不考虑粒子间相互作用力。
求:
(1)磁场的磁感应强度B的大小;
(2)挡板端点P的坐标;
(3)挡板上被粒子打中的区域长度.
正确答案
见解析。
解析
(1)设一粒子自磁场边界A点进入磁场,该粒子由O点射出圆形磁场,轨迹如图甲所示,过A点做速度的垂线,长度为r,C为该轨迹圆的圆心.
连接AO′、CO,可证得ACOO′为菱形,根据图中几何关系可知:粒子在圆形磁场中的轨道半径r=R,
由qvB=
得B=
(2)有一半粒子打到挡板上需满足从O点射出的沿x轴负方向的粒子、沿y轴负方向的粒子轨迹刚好与挡板相切,如图乙所示,过圆心D作挡板的垂线交于E点,
DP=R,OP=(
+1)R
P点的坐标为[(+1)R,0]
(3)设打到挡板最左侧的粒子打在挡板上的F点,如图丙所示,OF=2R
过O点作挡板的垂线交于G点,
OG=(+1)R·
=(1+
)R
EG=R
挡板上被粒子打中的区域长度
知识点
14.如图甲所示,在y≥0的区域内有一个垂直纸面方向的有界匀强磁场,MN为磁场区域的上边界,磁场在x轴方向范围足够大。磁感应强度的变化如图乙所示,取垂直纸面向里为正方向。现有一带负电的粒子,质量为,电荷量为
,在
时刻以速度
从O点沿如图所示方向进入磁场区域,已知
,粒子重力不计。
求:(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期;
(2)若,如果
时粒子扔在磁场内,则此时他的位置坐标;
(3)若,粒子垂直于MN离开磁场,则磁场上边界MN与x轴间的距离;
(4)若,粒子离开磁场事速度方向与它在O点的速度方向相同,则粒子通过磁场区域的时间。
正确答案
见解析。
解析
(1)由
得:
(2))粒子在t0=0s时刻进入磁场,在t=1×10-3s时,粒子;t=2×10-3s时,粒子
(2分)。则它的位置坐标为(0 1.2m)
(3)粒子在t0=0s时刻进入磁场,粒子运动轨迹如图所示,要粒子垂直于MN离开磁场,可能从A、B等位置离开磁场
则磁场上边界MN与x轴间的距离:
m (n=0、1、2、3………)
(4)由图乙可知:磁场的变化周期;
粒子在a、b、c等位置离开磁场时速度方向与它在O点的速度方向相同
若粒子在a、c等位置离开磁场,粒子在磁场中运动时间为:
(n=0、1、2、3………)
若粒子在b等位置离开磁场,粒子在磁场中运动时间为:
(n=1、2、3………)
综上所述:若t0=0.75×10-3s,粒子离开磁场时速度方向与它在O点的速度方向相同,则粒子通过磁场区域的时间 (n=0、1、2、3………) 或
(n=1、2、3………)
知识点
26.如图所示,在直角坐标系的原点O处有一放射源,向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子.在放射源右边有一很薄的挡板,挡板与平面交线的两端M、N与原点O正好构成等腰直角三角形.已知带电粒子的质量为
,带电量为
,速度为
,MN的长度为L.
(1)若在轴右侧加一平行于
轴的匀强电场,要使
轴右侧所有运动的粒子都能打到挡板MN上,则电场强度
的最小值为多大?在电场强度为
时,打到板上的粒子动能为多大?
(2)若在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,磁场的磁感应强度不能超过多少(用、
、
、
表示)?若满足此条件,放射源O向外发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边(作图并证明)?
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