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题型:简答题
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简答题 · 18 分

23.如图所示为一种电磁装置,由粒子源.加速电场.偏转电场.匀强磁场组成。在S点有一粒子源,能不断释放电量为q,质量为m的静止带电粒子,被加速电压为U,极板间距离为d的匀强电场加速后,从正中央垂直射入电压为U的匀强偏转电场(偏转电场中电压正负极随时间做周期性变化),偏转极板长度和极板距离均为L,带电粒子在偏转电场中一次偏转后即进入一个垂直纸面方向的匀强磁场,其磁感应强度为B。若不计重力影响,欲使带电粒子通过某路径返回S点,求:

(1)粒子进入磁场时速度大小。

(2)匀强磁场的宽度D至少为多少?

(3)该带电粒子周期性运动的周期T是多少?偏转电压正负极多长时间变换一次方向?

正确答案

如图所示,

电场对粒子加速,

由动能定理得:

         。。。。。。。。。。。。。①

由于粒子在电场加速过程中做匀加速直线运动,则加速的时间为:

         。。。。。。。。②

粒子在偏转电场中做类似平抛运动,其加速度为:

粒子通过偏转电场的时间为:    。。。。。。。。③

粒子在偏转电场中的侧移距离为:   。。。。。。。。。④

侧向速度为: 

则粒子射出偏转电场时的速度为:  。。。。。。⑤

以速度进入磁场做匀速度圆周运动的洛仑兹力为向心力,设运动半径为R:

                。。。。。。。。。。。。。。⑥

则磁场宽度为:

     。。。。。。。。。。。。。。⑦

粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为:

   所以

所以粒子在磁场中运动的时间为:

     。。。。。。。。。。。。。。。。。。。⑧

粒子从S出发到回到S的周期T为:

偏转电压正负极换向时间为:

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知识点

带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

21.如图所示,在0≤x≤b、0≤y≤a的长方形区域中有一磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场的方向垂直于xOy平面向外。O处有一个粒子源,在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们的速度大小相同,速度方向均在xOy平面内的第一象限内。己知粒子在磁场中做圆周运动的周期为T,最先从磁场上边界中飞出的粒子经历的时间为,最后从磁场中飞出的粒子经历的时间为。不计粒子的重力及粒子间的相互作用,则(      )

A粒子的射入磁场的速度大小

B粒子圆周运动的半径

C长方形区域的边长满足关系

D长方形区域的边长满足关系

正确答案

A,B,C

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知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图,在第二象限的圆形区域I存在匀强磁场,区域半径为R,磁感应强度为B,且垂直于Oxy平面向里;在第一象限的区域II和区域III内分别存在匀强磁场,磁场宽度相等,磁感应强度大小分别为B和2B,方向相反,且都垂直于Oxy平面。质量为m、带电荷量q(q>0)的粒子a于某时刻从圆形区域I最高点Q(Q和圆心A连线与y轴平行)进入区域I,其速度v=。已知a在离开圆形区域I后,从某点P进入区域II。该粒子a离开区域II时,速度方向与x轴正方向的夹角为30°;此时,另一质量和电荷量均与a相同的粒子b从P点进入区域II,其速度沿x轴正向,大小是粒子a的。不计重力和两粒子之间的相互作用力。

求:
(1)区域II的宽度;
(2)当a离开区域III时,a、b两粒子的y坐标之差。

正确答案

(1)如图所示,a粒子进入区域Ⅰ后,由

(2)①对a粒子的运动进行分析:进入磁场区域Ⅲ后,由

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

17.如图所示,匀强磁场B1垂直水平光滑金属导轨平面向下,垂直导轨放置的导体棒ab在平行于导轨的外力F作用下做匀加速直线运动,通过两线圈感应出电压,使电压表示数U保持不变。已知变阻器最大阻值为R,且是定值电阻R2 的三倍,平行金属板MN相距为d。在电场作用下,一个带正电粒子从O1由静止开始经O2小孔垂直AC边射入第二个匀强磁场区,该磁场的磁感应强度为B2,方向垂直纸面向外,其下边界AD距O1O2连线的距离为h。已知场强B2 =B,设带电粒子的电荷量为q、质量为m,则高度,请注意两线圈绕法,不计粒子重力。求:

(1)试判断拉力F能否为恒力以及F的方向(直接判断);

(2)调节变阻器R的滑动头位于最右端时,MN两板间电场强度多大?

(3)保持电压表示数U不变,调节R的滑动头,带电粒子进入磁场B2后都能击中AD边界,求粒子打在AD边界上的落点距A点的距离范围。

正确答案

(1)F不能为恒力,F方向向左

(2),R1 =3R2 =3R                        ①

MN两板间电压:                            ②

场强:                                     ③

解得场强大小:                              ④

(3)带电粒子在O1O2间加速:           ⑤

在磁场B2中:                              ⑥

∴  运动半径:

①当变阻器的滑动头位于最右端时,MN间电压最小,带电粒子在磁场中运动的半径最小。此时:                        ⑦

即:粒子垂直打在AD上,所求的距离:s1=h

②当变阻器的滑动头位于最左端时,MN间电压最大,带电粒子在磁场中运动的半径最大。

此时:                               ⑧

                                     ⑨

解得:                                         ⑩

故所求的落点距离范围:

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带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动法拉第电磁感应定律
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

21.如图所示,在0≤x≤b、0≤y≤a的长方形区域中有一磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场的方向垂直于xOy平面向外。O处有一个粒子源,在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们的速度大小相同,速度方向均在xOy平面内的第一象限内。己知粒子在磁场中做圆周运动的周期为T,最先从磁场上边界中飞出的粒子经历的时间为,最后从磁场中飞出的粒子经历的时间为。不计粒子的重力及粒子间的相互作用,则(      )

A粒子的射入磁场的速度大小

B粒子圆周运动的半径

C长方形区域的边长满足关系

D长方形区域的边长满足关系

正确答案

A,B,C

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

16.薄铝板将同一匀强磁场分成Ⅰ、Ⅱ两个区域,高速带电粒子可穿过铝板一次,在两个区域运动的轨迹如图,半径R1>R2,假定穿过铝板前后粒子电量保持不变,则该粒子 (     )

A带正电

B在Ⅰ、Ⅱ区域的运动时间相同

C在Ⅰ、Ⅱ区域的运动加速度相同

D从区域Ⅱ穿过铝板运动到区域Ⅰ

正确答案

B

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

20.正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图所示(俯视图),位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆运动的“容器”,经过加速器加速后,质量均为m的正、负电子被分别引入该管道时,具有相等的速率v,他们沿着管道向相反的方向运动。在管道控制它们转变的是一系列圆形电磁铁,即图甲中的A1、A2、A3…An共有n个,均匀分布在整个圆环上,每组电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场,并且方向竖直向下,磁场区域的直径为d(如图乙),改变电磁铁内电流的大小,就可改变磁场的磁感应强度从而改变电子偏转的角度。经过精确的调整,首先实现电子在环形管道中沿图甲中虚线所示的轨迹运动,这时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同一直径的两端,如图乙所示。若电子的重力可不计,则下列相关说法正确的是(      )

A负电子在管道内沿顺时针方向运动

B电子经过每个电磁铁,偏转的角度是

C碰撞点为过入射点所对直径的另一端

D电子在电磁铁内做圆周运动的半径为

正确答案

A,C,D

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

21.如图所示,正方形abcd区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,O点是cd边的中点一个带正电的粒子(重力忽略不计)若从O点沿纸面以垂直于cd边的速度射入正方形内,经过时间t0刚好从c点射出磁场。现设法使该带电粒子从O点沿纸面以与Od成30°的方向(如图中虚线所示),以各种不同的速率射入正方形内,那么下列说法中正确的是(    )


A该带电粒子不可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场

B若该带电粒子从ab边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是t0

C若该带电粒子从bc边射出磁场,它在磁场中经历的时间可能是

D若该带电粒子从cd边射出磁场,它在磁场中经历的时间一定是

正确答案

A,D

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图,在第二象限的圆形区域I存在匀强磁场,区域半径为R,磁感应强度为B,且垂直于Oxy平面向里;在第一象限的区域II和区域III内分别存在匀强磁场,磁场宽度相等,磁感应强度大小分别为B和2B,方向相反,且都垂直于Oxy平面。质量为m、带电荷量q(q>0)的粒子a于某时刻从圆形区域I最高点Q(Q和圆心A连线与y轴平行)进入区域I,其速度v=。已知a在离开圆形区域I后,从某点P进入区域II。该粒子a离开区域II时,速度方向与x轴正方向的夹角为30°;此时,另一质量和电荷量均与a相同的粒子b从P点进入区域II,其速度沿x轴正向,大小是粒子a的。不计重力和两粒子之间的相互作用力。

求:
(1)区域II的宽度;
(2)当a离开区域III时,a、b两粒子的y坐标之差.

正确答案

解析

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

5.两个带电粒子以同一速度.同一位置进入匀强磁场,在磁场中它们的运动轨迹如图所示.粒子a的运动轨迹半径为r1,粒子b的运动轨迹半径为r2,且r2=2r1,q1、q2分别是粒子a、b所带的电荷量,则(      )

Aa带正电、b带负电,比荷之比为∶=2∶1

Ba带正电、b带负电,比荷之比为∶=1∶1

Ca带负电、b带正电,比荷之比为∶=2∶1

Da带负电、b带正电,比荷之比为∶=1∶2

正确答案

A

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

5.在光滑绝缘的水平面上OP右侧有如图所示的匀强磁场,两个相同的带电小球a和b以大小相等的初速度从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后两球均运动到OP边界的P侧,下列说法正确的是(  )

A球a带正电,球b带负电

B球a在磁场中运动的时间比球b的短

C球a在磁场中运动的路程比球b的短

D球a在OP上的落点与。点的距离比球b的近

正确答案

D

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

5.如图所示,OX与MN是匀强磁场中的两条平行直线,速率不同的同种带电粒子沿OX方向同时射入磁场,从MN边界穿出时,其中一个速度v1与MN垂直,另一个的速度v2与MN与60角,则两粒子穿越磁场所需时间的比为(     )

A1:2

B2:1

C3:2

D2:3

正确答案

C

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

21.如图所示,在电子枪右侧依次存在加速电场,两水平放置的平行金属板和竖直放置的荧光屏。加速电场的电压为U1。两平行金属板的板长、板间距离均为d。荧光屏距两平行金属板右侧距离也为d。电子枪发射的质量为m、电荷量为–e的电子,从两平行金属板的中央穿过,打在荧光屏的中点O。不计电子在进入加速电场前的速度及电子重力。

(1)求电子进入两金属板间时的速度大小v0

(2)若两金属板间只存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,求电子到达荧光屏的位置与O点距离的最大值ym和此时磁感应强度B的大小;

(3)若两金属板间只存在竖直方向的匀强电场,两板间的偏转电压为U2,电子会打在荧光屏上某点,该点距O点距离为,求此时U1与U2的比值;若使电子打在荧光屏上某点,该点距O点距离为d,只改变一个条件的情况下,请你提供一种方案,并说明理由。

正确答案

解析:(1) 设电子经电场加速后进入偏转场区的速度大小为v0,由动能定理得

      ①

     ②

(2) 偏转场区中只有匀强磁场时,电子进入磁场区受洛仑兹力作用做匀速圆周运动,经磁场偏转后,沿直线运动到荧光屏。磁场的磁感应强度越大,偏转越大,电子偏转的临界状态是恰好从上板的右端射出,做直线运动到达荧光屏。它的位置与O点距离即为最大值,如图所示。

电子做圆周运动,有    ③

由图可得       ④

可得        ⑥

由③式和 

得          ⑦

(3)偏转区内只有匀强电场时,电子进入偏转区做匀加速曲线运动,如图所示。

离开偏转电场时沿电场方向的位移

速度方向偏转角设为

打到荧光屏的位置距O点的距离      ⑧

可得  

可知,改变加速电压U1或偏转电压U2的大小,即可改变电子打到荧光屏的的位置:

方案一:保持U1的大小不变,将偏转电压U2加倍即可。

方案二:保持U2的大小不变,将加速电压U1减半即可。

解析

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带电粒子在匀强电场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 6 分

17.如图所示,在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为-q的粒子,以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向,由小孔O射入磁场区域。不计重力,不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域,其中R=Bq/mv。哪个图是正确的(   )

A

B

C

D

正确答案

B

解析

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 5 分

5. 在光滑绝缘的水平面上OP右侧有如图所示的匀强磁场,两个相同的带电小球a和b以大小相等的初速度从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后两球均运动到OP边界的P侧,下列说法正确的是(     )

A球a带正电,球b带负电

B球a在磁场中运动的时间比球b的短

C球a在磁场中运动的路程比球b的短

D球a在OP上的落点与。点的距离比球b的近

正确答案

D

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带电粒子在匀强磁场中的运动
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