- 带电粒子在匀强磁场中的运动
- 共240题
26.如图所示,在光滑绝缘水平面上平放着一内壁光滑、绝缘的空心细管,管内M端有一带正电的小球P,在距离管的N端正右方2h的A1处有另一不带电的小球Q,存足够大空间区域有竖直向下的匀强磁场,磁感强皮为B。现让细管以垂直管长方向的速度v1水平向右匀速运动,同时让Q以某速度v2从A1点出发沿A1A2匀速运动,细管运动到A1处时,A1A2与细管延长线的夹角为45°。若小球P恰好在A处相对水平面以速度离开管的N端,一段时间后与Q相碰,试求:
(1)P的带电量与质量之比的大小;
(2)v2的人小。
正确答案
(1)设P的电量为q、质量为m,P因参与v1运动而受到指向N端的洛伦兹力,其值为
P在管中的运动会使它受到另一个向左的洛伦兹力,此力被管壁施予P向右的力所抵消。P对应有指向N端的加速度
①
设P从M端到达N端t1,到达N端时沿管长方向的速度大小为u。
则 ②
③
④
由③可得: ⑤
由①②③⑤可得: ⑥
(2)P离开管后将在水平面上作匀速圆周运动其速度为:
⑦
⑧
P恰好在A1位置离开管的N端,离开管后最终只可能与Q在图中S处相碰,Q从开始运动到P相碰撞经历的时间为:
(n=0、1、2、3……)⑨
在这段时间内Q小球恰好走过2r的路程,则
⑩
解得: (11)
解析
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知识点
20.如图所示,正方形区域ABCD内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,三个完全相同的带电粒子a、b、c分别以大小不同的初速度从A点沿图示方向射入该磁场区域,经磁场偏转后粒子a、b、c分别从BC边中点、CD边中点、AD边中点射出。若
分别表示粒子a、b、c在磁场中的运动时间。则以下判断正确的是()
正确答案
解析
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知识点
16.如图(a)所示,在以直角坐标系xOy的坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B、方向垂直xOy所在平面的匀强磁场。一带电粒子由磁场边界与x轴的交点A处,以速度v0沿x轴负方向射入磁场,粒子恰好能从磁场边界与y轴的交点C处,沿y轴正方向飞出磁场,不计带电粒子所受重力。
(1)求粒子的荷质比。
(2)若磁场的方向和所在空间的范围不变,而磁感应强度
的大小变为B′,该粒子仍从A处以相同的速度射入
磁场,粒子飞出磁场时速度的方向相对于入射方向改
变了θ角,如图(b)所示,求磁感应强度B′的大小。
正确答案
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知识点
26.如图所示,在水平地面上方边长为21的正方形abed区域有方向竖直向上的匀强电场,三角形bcd区域内还有水平向里的匀强磁场。现将一质量0.3kg的物体M以初速度Vo=6m/S从水平地面竖直向上抛出,物体恰能到达bc边中点O,到达O点的瞬间突然炸裂成质量分别为m1=0.2kg、m2=O.1kg且带等量异种电荷q=0.1C的P、Q两块,炸裂后P在正交电磁场中沿Ob向左做直线运动,Q在正交电磁场中先做匀速圆周运动,然后亦沿水平方向离开正方形区域。已知L=1.2m,重力加速度g=10m/s2,不计空气阻力和P、Q间的库仑力,求:
(1) 物体M竖直上抛的最大高度h
(2) 电场强度的大小:
(3)P、Q落到水平地面上的距离。
正确答案
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知识点
19、如图是某离子速度选择器的原理示意图,在一半径为R=10cm的圆柱形桶内有B=1×10-4T的匀强磁砀,方向平行于轴线.在圆柱桶某一直径两端开有小孔,作为入射孔和出射孔.离子束以不同角度入射,最后有不同速度的离子束射出.现有一离子源发射荷质比为2×1011C/kg的阳离子,且粒子束中速度分布连续.当θ=45°时,出射离子速度v的大小是( )
正确答案
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知识点
21.如图所示,在正三角形区域内存在着垂直于纸面的匀强磁场和平行于AB的水平方向的匀强电场,一不计重力的带电粒子刚好以某一初速度从三角形O点沿角分线OC做匀速直线运动。若此区域只存在电场时,该粒子仍以此初速度从O点沿角分线OC射入,则此粒子刚好从A点射出;若只存在磁场时,该粒子仍以此初速度从O点沿角分线OC射入,则下列说法正确的是( )
正确答案
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知识点
25.如图a所示的平面坐标系xOy,在整个区域内充满了匀强磁场,磁场方向垂直坐标平面,磁感应强度B随时间变化的关系如图b所示,开始时刻,磁场方向垂直纸面向里(如图)。t=0时刻,有一带正电的粒子(不计重力)从坐标原点O沿x轴正向进入磁场,初速度为v0=2103m/s。已知正粒子的比荷为1.0104C/kg,其它有关数据见图中标示(磁感应强度B取垂直纸面向里为正)。试求:
(1)t=10-4s时刻,粒子的坐标。
(2)粒子从开始时刻起经多长时间第一次到达y轴。
(3)粒子是否还可以返回坐标原点O?如果可以,则经多长时间第一次返回坐标原点O?
正确答案
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知识点
25.如图所示,在真空中半径为的圆形磁场区域里加上垂直于纸面向外的磁感应强度为B1=1T的匀强磁场,在圆形磁场区域外加上与B1方向相反的匀强磁场B2,P、Q是圆周上过直径的两个点,从P点沿半径方向以
射入一质量
,电荷 量
的带电粒子,不计重力作用。
求:
(1)若要使该粒子从P出发,经B1、B2磁场,第一次从Q点沿半径方向射入圆形磁场区域,则所需磁场B2。
(2)粒子从P点射入后第一次回到P点经过的时间。
正确答案
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知识点
25.如图甲所示的平面直角坐标系中,整个区域内存在匀强磁场,磁感应强度
随时间t的变化关系如图乙所示,(垂直纸面向里为正),t =0时刻,有一个带正电的粒子(不计重力)从坐标原点0沿
轴正方向进入磁场,初速度为
,已知带电粒子的比荷为
,试求:
(1)时刻,粒子的位置坐标;
(2)粒子从开始时刻起经过多长时间到达轴;
(3)粒子返回原点所经历的时间。
正确答案
(1)粒子进入磁场后在磁场中作匀速圆周运动,设半径为,周期为
,由洛伦兹力提供向心力得:
……… ①
………②
………③
转到A点,如图甲所示,则A点的坐标为
………④
………⑤
(2)由图甲知
………⑥
………⑦
………⑧
由③⑥⑦⑧得 ………⑨
(3)粒子在磁场中作周期性运动,根据对称性和周期性,画出粒子运动的轨迹如图乙所示,
其中构成一个正三角形,故粒子从开始到返回坐标原点的总时间为:
s ………⑩
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知识点
18.如图所示,在圆形区域内,存在垂直纸面向外的匀强磁场, ab是圆的一条直径。一带电粒子从a点射入磁场,速度大小为2v,方向与ab成时恰好从b点飞出磁场,粒子在磁场中运动的时间为t;若仅将速度大小改为v,则粒子在磁场中运动的时间为(不计带电粒子所受重力)( )
正确答案
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知识点
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