- 指南针与远洋航海
- 共428题
如图所示的正方形的盒子开有a、b、c三个微孔盒内有垂直纸面向里的匀强磁场.一束速率不同的电子从a孔沿垂直磁感线方向射入盒中,发现从c孔和b孔有电子射出,则
(1)从b孔和c孔射出的电子的速率之比vb:vc为 .
(2)从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间之比为 .
正确答案
电子垂直射入匀强磁场中,由洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动.根据牛顿第二定律推导出电子圆周运动的速率与半径的关系.根据几何知识确定电子从c孔和b孔时半径关系,求解速率之比.根据时间与周期的关系,求解时间之比.
解:(1)设电子的质量为m,电量为q,磁感应强度为B,电子圆周运动的半径为r,速率为v,则有qvB=m,得到,v=
,r与v成正比.由图看出,从b孔和c孔射出的电子半径之比rb:rc=1:2,则速率之比vb:vc=rb:rc=1:2.
(2)电子圆周运动的周期为T=,又v=
,得到T=
,可见周期不变.从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间分别为tb=
,tc=
,所以从b孔和c孔射出的电子在盒内运动时间之比为tb:tc=2:1.
点评:本题是带电粒子在磁场中圆周运动的轨迹问题,是磁场、圆周运动及几何知识的综合应用.
如图17所示,两个宽度为d的有界磁场区域,磁感应强度都为B,方向如图18所示,不考虑左右磁场相互影响且有理想边界。一带电质点质量为m,电量为q,以一定的初速度从边界外侧垂直磁场方向射入磁场,入射方向与CD成θ角。若带电质点经过两磁场区域后又与初速度方向相同的速度出射。求初速度的最小值以及经过磁场区域的最长时间。(重力不计)。
正确答案
带电质点只要能进入第二磁场,就可满足要求。即带电质点至少能进入的第二个磁场的速度为最小值。带电粒子的轨迹图如图所示,(3分)
根据几何关系有:d=R(1+cosθ) , (2分)
由牛顿第二定律可得(2分)
所以(2分)
因为(2分),所以
(2分)
带电质点只要能进入第二磁场,就可满足要求。即带电质点至少能进入的第二个磁场的速度为最小值。带电粒子的轨迹图如图所示,(3分)
根据几何关系有:d=R(1+cosθ) , (2分)
由牛顿第二定律可得(2分)
所以(2分)
因为(2分),所以
(2分)
如图所示,金属棒的质量为m=5g,放置在宽L=1
、光滑的金属导轨的边缘上,两金属导轨处于水平面上,该处有竖直向下的匀强磁场,磁感强度为B=0.5T,电容器的电容C=200μF,电源电动势E=16V,导轨平面距离地面高度h=0.8m,g取
,在电键S与“1”接通并稳定后,再使它与“2”接通,金属棒
被抛到s=0.064m的地面上,试求
棒被水平抛出时电容器两端的电压。
正确答案
8V
当S接“1”时,电容器充电,稳定时两极板的电压为:,
所以带电量为:;
当S接“2”时,电容器放电,有放电电流通过棒,但该电流是变化的,所以
棒受到的安培力也是变化的。
棒离开水平导轨的初速V0可根据
棒此后的平抛运动求出:
由,
得。
设放电过程时间为,此过程通过
棒的电量为
,由动量定理得:
,
所以,
所以被抛出时电容器极板上剩余的电量为
,
所以棒被抛出时电容器两端的电压为
如图所示,从阴极K发射的电子经电势差U0="5" 000 V的阳极加速后,沿平行于板面的方向从中央射入两块长L1="10" cm、间距d=4cm的平行金属板A、B之间,在离金属板边缘L2=" 75" cm处放置一个直径D ="20" cm、带有纪录纸的圆筒.整个装置放在真空内,电子发射时的初速度不计,如图所示,若在金属板上加U="1000" cos2πt (V )的交流电压,并使圆筒绕中心轴按图示方向以n=" 2" r/s匀速转动,分析电子在纪录纸上的轨迹形状并画出从t=0开始的1s内所纪录到的图形.
正确答案
在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为
1s内,在纸上的图形如图所示.
对电子的加速过程,由动能定理
得电子加速后的速度=4.2×107m/s.
电子进入偏转电场后,由于在其中运动的时间极短,可以忽略运动期间偏转电压的变化,认为电场是稳定的,因此电子做类平抛的运动.如图所示.
交流电压在A、B两板间产生的电场强度为=2.5×104cos2πt (V/m).
电子飞离金属板时的偏转距离
电子飞离金属板时的竖直速度
电子从飞离金属板到到达圆筒时的偏转距离为
所以在纸筒上的落点对入射方向的总偏转距离为
可见,在纪录纸上的点在竖直方向上以振幅0. 20 m、周期T="1" s做简谐运动.因为圆筒每秒转2周,故转一周在纸上留下的是前半个余弦图形,接着的一周中,留下后半个图形,则is内,在纸上的图形如图所示.
在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中,一段长为0.5m的通电导体在外力作用下做匀速直线运动,设通过导体的电流强度为4A,运动速度是0.6m/s,电流方向、速度方向、磁场方向两两相互垂直,则移动这段导线所需要的功率是 W.
正确答案
0.48
导体所受安培力方向与电流方向和磁场方向两两垂直,而外力与安培力两力平衡,所以可以判断外力与导体速度方向相同,所以.
如图所示,一对平行放置的金属板M、N的中心各有一小孔P、Q、PQ连线垂直金属板;N板右侧的圆A内分布有方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,圆半径为r,且圆心O在PQ的延长线上。现使置于P处的粒子源连续不断地沿PQ方向放出质量为m、电量为+q的带电粒子(带电粒子的重力和初速度忽略不计,粒子间的相互作用力忽略不计),从某一时刻开始,在板M、N间加上如图乙所示的交变电压,周期为T,电压大小为U。如果只有在每一个周期的0—T/4时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出,求:
(1)在每一个周期内哪段时间放出的带电粒子到达Q孔的速度最大?
(2)该圆形磁场的哪些地方有带电粒子射出,在图中标出有带电粒子射出的区域。
正确答案
(1)
(2)见解析
(1)在每一个周期内放出的带电粒子到达Q孔的速度最大。设最大速度为v,则据动能定理得,求得。
(2)因为解得带电粒子在磁场中的最小偏转角为。所以如图中斜线部分有带电粒子射出。
如图所示,相距d平行放置的金属板a、b,两板间有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,等离子体(大量的等量正离子和负离子)的速度v沿水平方向射入两板间.若等离子从两板右边入射,则a、b两板中 板的电势较高.a、b两板间可达到的稳定电势差U= .
正确答案
若等离子从两板右边入射,根据左手定则可知负粒子向a极板偏转,正粒子向b极板偏转,则a、b两板中b板的电势较高,、b两板间可达到的稳定电势差U=Bdv
故答案为:b Bdv
如图所示,一带电粒子由静止开始经电压U加速后从O孔进入垂直纸面向里的匀强磁场中,并打在了P点.测得OP=L,磁场的磁感应强度为B,则带电粒子的荷质比q/m= .(不计重力)
正确答案
带电粒子在电场中有:,根据几何关系可知粒子在磁场中运动半径为R=L/2,根据洛伦兹力提供向心力有:
,联立可得q/m=
故答案为:
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