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题型:简答题
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简答题

如图所示,质量为m、电荷量为e的电子从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限内,射入时的速度方向不同,但大小均为v0.现在某一区域内加一方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,若这些电子穿过磁场后都能垂直地射到与y轴平行的荧光屏MN上,求:

(1)电子从 y轴穿过的范围;

(2)荧光屏上光斑的长度;

(3)所加磁场范围的最小面积。

正确答案

(1)设粒子在磁场中运动的半径为R,由牛顿第二定律得:

ev0Bm  (2分)    即R=      (1分)

电子从 y轴穿过的范围OM =2R=2  (3分)

(2)如图所示,初速度沿x轴正方向的电子沿弧OA运动到荧光屏MN上的P点;                    (1分)

初速度沿y轴正方向的电子沿弧OC运动到荧光屏MN上的Q点  (1分)

由几何知识可得:PQR=     (3分)

(3)取与x轴正方向成θ角的方向射入的电子为研究对象,其射出磁场的点为E(xy),因其射出后能垂直打到屏MN上,故有:

x=-Rsin θ

yRRcos θ

即 x2+(yR)2R2

又因为电子沿x轴正方向射入时,射出的边界点为A点;沿y轴正方向射入时,射出的边界点为C点,故所加最小面积的磁场的边界是以(0,R)为圆心、R为半径的圆的一部分,如图乙中实线圆弧所围区域,所以磁场范围的最小面积为:

S=πR2R2-πR2=(+1)()2   (8分)

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简答题

如图所示,y轴右方向有方向垂直于纸面的匀强磁场,一个质量为m,电量为q的质子以速度v水平向右通过x轴上P点,最后从y轴上的M点射出磁场。已知M点到原点O的距离为H,质子射出磁场时速度方向与y轴负方向夹角θ=30°,

求:

(1)磁感应强度大小和方向;

(2)适当时候,在y轴右方再加一个匀强电场就可以使质子最终能沿y轴正方向做匀速直线运动,从质子经过P点开始计时,再经多长时间加这个匀强电场?电场强度的大小与方向如何?

正确答案

(1),垂直纸面向里(2) 

试题分析:(1)根据题意做出运动图示,根据几何知识得:,解得:

又由得:,方向垂直纸面向里

(2)沿y轴正方向做匀速直线运动,说明v沿+y方向,根据左手定则,水平向左,沿x方向,则qE应水平向右,这样y方向不受力,粒子做匀速直线运动,满足

所以应从P电经过时加这个电场,其场强E,周期,经,解得

点评:带电粒子在磁场中运动的题目解题步骤为:定圆心、画轨迹、求半径,同时还利用圆弧的几何关系来帮助解题.

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简答题

xOy平面内,x>0的区域存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B=0.4T;

x < 0的区域存在沿x轴正方向的匀强电场。现有一质量为m = 4.0×10-9kg,带电量为

q = 2.0×10-7 C的正粒子从x轴正方向上的M点以速度v0=20m/s进入磁场,如图所示,v0x轴正方向的夹角θ=45°,M点与O点相距为l=m。已知粒子能以沿着y轴负方向的速度垂直穿过x轴负半轴上的N点,不计粒子重力。求:

(1)粒子穿过y轴正半轴的位置以及穿过y轴正半轴时速度与y轴的夹角;

(2)  x<0区域电场的场强;

(3)试问粒子能否经过坐标原点O? 若不能,请说明原因;若能,请求出粒子从M点运动到O点所经历的时间。

正确答案

(1)450  

(2)E=2V/m≈2.82 V/m…2’

(3)t=(π/8+0.2)s≈0.59s   …

(1)粒子在磁场中运动时,由洛仑兹力提供向心力   Bqv0=mv02/R……2’  得:R=1m

过M点做初速度v0的垂线交y轴正方向于P点,则PM=l/cos450    得:PM=2m=2R  ……1’

由几何关系得PM为轨迹圆直径,P点即为粒子穿过y轴正半轴的位置  OP=PM sin450m  ………2’        由圆的对称性得此处速度与y轴夹角为θ=450  ……1’

(2)设粒子由P点到N点历时t1,则:   x方向:v0sin450-Eqt1/m=0  ………2’

y方向:v0t1cos450=OP  …………2’ 联立求解,代入数据得:t1=0.1s  E=2V/m≈2.82 V/m…2’

(3)粒子能到达O点  …………1’   粒子在磁场中的运动周期为:T=2πm/Bq  ………2’

从M点运动到O点经过的轨迹如图:(略)经历的时间为:t=T/2+3T/4+2t1  ………2’ 

代入数据得:t=(π/8+0.2)s≈0.59s   …

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简答题

如图所示,在xOy平面内的区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场,区域内有一沿y轴正方向的匀强电场,一质量为m、电荷量为的带电粒子从y轴上坐标为的P点以初速度垂直电场方向开始运动,经过电场和磁场的分界线MN上的Q点飞入下方磁场,磁场沿x轴方向足够宽广,在磁场中粒子恰好不会从磁场下边界飞出,Q点的坐标为。不考虑重力影响。求:

⑴ 求电场强度大小;

⑵ 求磁场的磁感应强度大小

正确答案

(1)(2)

试题分析:⑴ 在电场中做类平抛运动

竖直方向:……①

水平方向:……②

联立解得:

⑵ 在磁场中做匀速圆周运动,且

由图知……③

洛伦兹力提供向心力:……④

联立③④解得:

点评:本题是磁场和电场组合场问题,考查分析和解决综合题的能力,关键是运用几何知识画出粒子的运动轨迹.

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简答题

(18分)有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置,其原理如题24图所示,两带电金属板间有匀强电场,方向竖直向上,其中PQNM矩形区域内还有方向垂直纸面向外的匀强磁场。一束比荷(电荷量与质量之比)均为的带正电颗粒,以不同的速率沿着磁场区域的水平中心线O’O进入两金属板之间,其中速率为v0的颗粒刚好从Q点处离开磁场,然后做匀速直线运动到达收集板。重力加速度为g,PQ=3d,NQ=2d,收集板与NQ的距离为l,不计颗粒间相互作用。求

(1)电场强度E的大小;

(2)磁感应强度B的大小;

(3)速率为λv0(λ>1)的颗粒打在收集板上的位置到O点的距离。

正确答案

(1)kg(2)(3)d(5λ-)+

(1)设带电颗粒的电荷量为q,质量为m,

有qE=mg,

将q/m=1/k代入得,E=kg。

(2)如图,

有qv0B=m

R2=(3d)2+(R-d)2

联立解得B=

(3)如图所示,有qλv0B=m

tanθ=

y1=R1-,y2="l" tanθ。

y= y1+ y2

联立解得y=d(5λ-)+

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