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题型:简答题
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简答题 · 14 分

(14分)如图所示,一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B,宽度为d的匀强磁场中,穿过磁场的速度方向与电子原来的入射方向的夹角为30°,求:

19.电子的质量是多少?

20.穿过磁场的时间是多少?

21.若改变初速度大小,使电子刚好不能从A边射出,则此时速度v′是多少?

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

m

解析

作出速度方向的垂线,如图所示:

设电子在磁场中运动轨道半径为r,电子的质量是m,由几何关系得r=2d

电子在磁场中运动,解得:,所以m.

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

电子垂直射入匀强磁场中,只受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,画出轨迹,由几何知识求出轨迹的半径,由牛顿第二定律求出质量.

易错点

关键正确作出轨迹图由几何关系得出粒子的运动半径.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与牛顿第二定律、带电粒子在匀强电场中的运动等知识点交汇命题.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

电子运动轨迹对应的圆心角

θ=30°=

电子运动的周期T

电子穿过磁场的时间

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

由几何知识求出轨迹所对的圆心角α,由求出时间.

易错点

关键画出粒子的运动轨迹,根据圆心角求时间.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与牛顿第二定律、带电粒子在匀强电场中的运动等知识点交汇命题.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

电子刚好不能从A边射出(与右边界相切),此时电子的轨道半径为r′=d,由

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

电子刚好不能从A边射出,轨迹恰好与磁场右边界相切,由几何知识得到轨迹半径,即可由牛顿第二定律求得速度v.

易错点

关键画出粒子的运动轨迹,根据轨迹由几何关系求出半径.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与牛顿第二定律、带电粒子在匀强电场中的运动等知识点交汇命题.

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题型:简答题
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简答题 · 12 分

如图所示,在坐标系oxy的第一象限内有E=1.0×103V/m、方向沿y轴负方向的匀强电场,在第四象限有B=1T、方向垂直纸面向里长为10m、宽为1m紧贴x、y轴的匀强磁场。现有质荷比的带正电粒子从y轴上的A点以速度V0=2.0×103m/s沿x轴正向射出,进入磁场时速度方向与x轴方向成450角,粒子的重力忽略不计。求:

27.A点到坐标原点O的距离;

28.粒子从A出发到最终离开磁场的时间。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

A点到坐标原点O的距离y=2m     

解析

解:(1)带电粒子电场区做类平抛运动,进入磁场时沿-y方向速度为Vy

    ②   ③

A点到坐标原点O的距离y=2m     ④

考查方向

带电粒子在复合场中的运动

解题思路

(1)带电粒子电场区做类平抛运动,根据类平抛运动规律计算竖直方向上的位移的大小即可;

易错点

熟悉类平抛运动的处理方式,把类平抛运动分解成相互垂直方向的匀速直线运动和初速度为0的匀加速直线运动,通过分运动的处理得到合运动的性质.画出轨迹,运用几何知识求出磁场中运动的半径,即可求出时间.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

(2)粒子从A出发到最终离开磁场的时间t=3.57×10-3s     

解析

解:(2)带电粒子第一次在电场中运动时间:

    ⑤

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动

      ⑥

   ⑦

    ⑧

 ⑨

所以粒子不会从下边界和右边界射出,且从磁场的上边界第一次射出后再不回磁场了   ⑩

带电粒子在磁场中运动时间:

   ⑪

粒子从A出发到最终离开磁场的时间

t=t1+t2=3.57×10-3s      ⑫

考查方向

带电粒子在复合场中的运动

解题思路

(2)计算粒子的合速度的大小,根据洛伦兹力作为向心力计算在磁场中运动的周期的大小和圆心角,从而计算时间的大小,与在电场中运动的时间的和即为总时间.

易错点

熟悉类平抛运动的处理方式,把类平抛运动分解成相互垂直方向的匀速直线运动和初速度为0的匀加速直线运动,通过分运动的处理得到合运动的性质.画出轨迹,运用几何知识求出磁场中运动的半径,即可求出时间.

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题型:简答题
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简答题 · 20 分

电视机的显像管中电子束的偏转是应用磁偏转技术实现的。如图1所示为显像管的原理示意图。显像管中有一个电子枪,工作时阴极发射的电子(速度很小,可视为零)经过加速电场加速后,穿过以O点为圆心、半径为r的圆形磁场区域(磁场方向垂直于纸面),撞击到荧光屏上使荧光屏发光。

已知电子质量为m、电荷量为e,加速电场的电压为U,在没有磁场时电子束通过O点打在荧光屏正中央的M点,OM间距离为S。电子所受的重力、电子间的相互作用力均可忽略不计,也不考虑磁场变化所激发的电场对电子束的作用。由于电子经过加速电场后速度很大,同一电子在穿过磁场的过程中可认为磁场不变。

16.求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上时的速率;

17.若磁感应强度随时间变化关系如图2所示,其中,求电子束打在荧光屏上发光所形成的“亮线”长度。

若电子束经偏转磁场后速度的偏转角θ=60°,求此种情况下电子穿过磁场时,螺线管线圈中电流I0的大小;

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设电子经过加速的速度为v,所以Ue=mv2/2

解得:

考查方向

加速电场中动能定理的应用

解题思路

加速电场中电子只收到电场力加速,列动能定理

易错点

动能定理的应用

教师点评

比较简单,应该平时练习很多类似的

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

考查方向

带电粒子在磁场中的偏转,最大角度以及半径的求法。

解题思路

先确定什么时候偏转最多,在确定最大角度,确定半径,最终确定距离

易错点

容易找错最大偏转角度。

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设磁场中运动的半径为R,

考查方向

带电粒子在磁场中的偏转

解题思路

洛仑兹力提供向心力,确定偏角后,确定电流

易错点

偏角计算

教师点评

本题较难,学生不易理解

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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

19.如图所示,半径为R的圆形区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场(图中未画出)。两个质量.电量相同的正粒子,以相同的速率v从a点先后沿ac和弦ab的方向射入磁场区域,ab和ac的夹角为300。已知沿ac方向射入的粒子在磁场中运动的时间为其圆周运动周期的1/4,不计粒子重力,则

A粒子在磁场中运动轨道半径为R

B粒子在磁场中运动轨道半径为2R

C沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为

D沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为

正确答案

C

解析

A、B.知沿ac方向射入的粒子在磁场中运动的时间为其圆周运动周期的,运动的角度为,粒子射出磁场的位置为O点正上方,结合运动轨迹分析可知轨道半径为R,故A正确,B错误;

C、D.由左手定则,粒子向上偏转,结合几何关系,做出粒子运动轨迹图,粒子运动的角度为,粒子在磁场中运动的时间为其圆周运动周期的,则沿ab方向射入的粒子在磁场中运动的时间为,故C正确,D错误;故本题选AC.

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

根据题意画出粒子在匀强磁场中运动的轨迹图,找出粒子运动的圆心角,根据粒子在匀强磁场中运动的周期公式解答.

易错点

关键由几何关系找出粒子在匀强磁场中运动轨迹对应用的圆心角.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与带电粒子在匀强电场中的运动,牛顿第二定律等知识点交汇命题.

知识点

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 · 4 分

6.如图所示,在边长为L的正方形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,有一带正电的电荷,从D点以v0的速度沿DB方向射入磁场,恰好从A点射出,已知电荷的质量为m,带电量为q,不计电荷的重力,则下列说法正确的是(  )

A匀强磁场的磁感应强度为

B电荷在磁场中运动的时间为

C若减小电荷的入射速度,使电荷从CD边界射出,电荷在磁场中运动的时间会减小

D若电荷的入射速度变为2v0,则粒子会从AB边的中点射出

正确答案

A

解析

A、由图可以看出粒子圆周运动的半径R=L,根据牛顿第二定律:,得:,故A正确;

B、根据周期公式,转过的圆心角为90°,则,故B错误;

C、若电荷从CD边界射出,则转过的圆心角均为180°,入射速度减小,根据周期公式,周期与速度无关,故电荷在磁场中运动的时间不变,故C错误;

D、若电荷的入射速度变为2v0,则半径变为2L,作出轨迹如图:

设DF为h,由几何知识:(2L-h)2+L2=(2L)2,得:,可见E不是AB的中点,即粒子不会从AB中点射出,故D错误;

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

由轨迹结合几何知识可以确定粒子圆周运动的半径,由牛顿第二定律列方程求出磁场强度;由带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期公式可以求出运动时间.

易错点

关键由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,推导出的半径与周期公式,正确画出轨迹图由几何关系求解.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与动量守恒定律,机械能守恒定律等知识点交汇命题.

 

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 · 20 分

如图所示,一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面,圆心坐标为(0,R),在柱形区域内加一方向垂直于纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场右侧有一平行于x轴放置的平行板电容器,两板间距和板长均为2R,N板与x轴重合且接地。一质量为m、电荷量为-q的带电粒子,由坐标原点O以相同速率、不同方向沿纸面射入第一象限后,在射出磁场时粒子的速度都平行于x轴。不计重力。试求:

32.带电微粒在磁场中运动的速度大小?

33.若带电粒子从O点射入磁场时的速度恰与x轴成θ=60º角,则该粒子在磁场中运动的时间为多少?射出磁场时的位置坐标为多少?

34.若使(2)中的带电粒子能够从平行板电容器的右端射出,M板的电势范围为多大?

(取N板的电势为零电势。)

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

如图所示:

由几何关系可知,轨迹圆的圆心O’、出射点P与O1和O构成菱形,因此粒子在磁场中运动的轨迹半径为R,则根据洛伦兹力提供向心力有:解得:

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

根据题意做出粒子的运动轨迹图,由几何关系确定出粒子的半径,由洛伦兹力提供向心力求解.

易错点

关键做出粒子的运动轨迹图,由几何关系确定出粒子运动的半径.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与带电粒子在匀强电场中的运动等知识点交汇命题.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

带电粒子在磁场中运动的时间:

如图所示,射出磁场的位置坐标为:

射出磁场时的位置坐标为: 

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

由带电粒子在匀强磁场中的周期公式及轨迹对应的圆心角确定出带电粒子在匀强磁场中的运动时间,由几何关系确定出射出磁场的位置坐标.

易错点

关键正确画出粒子的运动轨迹图,找出轨迹对应的圆心角.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与带电粒子在匀强电场中的运动等知识点交汇命题.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设粒子在两板间运动的时间为t,则

设粒子从板右侧射出时侧向位移的大小为d,则根据运动学公式:

根据牛顿第二定律得:

联立解得:

所以,当粒子从N板的右边缘射出时,,则

当粒子从M板的右边缘射出时,

所以粒子能够从平行析电容器的右端射出,M板的电势范围为:

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,求出时间及侧移位移,根据牛顿第二定律求出带电粒子在电场中的加速度,进而求出电场强度,由几何关系确定出侧移距离的范围,由场强与电势的关系确定出电势的范围.

易错点

通过从边缘射出平行板电容器,由几何关系找侧移位移是解题的关键.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与平抛运动、牛顿第二定律等知识点交汇命题.

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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

18.如图所示,在同一竖直平面内,有两个光滑绝缘的圆形轨道和倾斜轨道相切于B点,将整个装置置于垂直轨道平面向外的匀强磁场中,有一带正电小球从A处由静止释放沿轨道运动,并恰能通过圆形轨道的最高点C,现若撤去磁场,使球仍能恰好通过C点,则释放高度H’与原释放高度H的关系是( )

AH’< H

BH’= H

CH’> H

D不能确定

正确答案

C

解析

有磁场时,恰好通过最高点,有:,无磁场时,恰好通过最高点,有:,由两式可知,;根据动能定理,由于洛伦兹力和支持力都不做功,都是只有重力做功,

可知,H′>H,故C正确,ABD错误.

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;向心力;洛仑兹力

解题思路

有磁场时,恰好通过最高点,重力和洛伦兹力的合力提供向心力,无磁场时,恰好通过重力提供向心力,根据牛顿第二定律求出最高点的临界速度,通过动能定理比较释放点的高度.

易错点

关键理解恰好通过C时向心力的来源,明确洛伦兹力和支持力不做功.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与牛顿第二定律等知识点交汇命题.

知识点

向心力运动电荷在磁场中受到的力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

如图所示,在光滑绝缘的水平面上固定着两对几何形状完全相同的平行金属板PQ和MN,P、Q与M、N四块金属板相互平行地竖直地放置.已知P、Q之间以及M、N之间的距离都是d=0.2m,极板本身的厚度不计,极板长均为L=0.2m,板间电压都是U=6V且P板电势高.金属板右侧边界以外存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=5T,磁场区域足够大.现有一质量m=1×10﹣4kg,电量q=﹣2×10﹣4C的小球在水平面上以初速度v0=4m/s从平行板PQ间左侧中点O1沿极板中线O1O1射入.

23.试求小球刚穿出平行金属板PQ的速度;

24.若要小球穿出平行金属板PQ后,经磁场偏转射入平行金属板MN中,且在不与极板相碰的前提下,最终从极板MN的左侧中点O2沿中线O2O2射出,则金属板Q、M间距离是多少?

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

5m/s,    方向与PQ板中轴线的夹角为37°

解析

小球在PQ金属板间做类平抛运动,  小球的加速度,  小球在PQ板间运动的时间, 则离开PQ板时的速度为

   设v方向与PQ板中轴线的夹角为θ,则,θ=37°

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

小球在PQ金属板间在竖直方向受到的重力和支持力平衡,水平方向只受电场力,初速度平行板PQ,小球做类平抛运动,将小球的运动分解:平行于板的方向做匀速直线运动,垂直于板的方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律和运动学规律求解小球刚穿出平行金属板PQ的速度.

易错点

关键分析清楚带电粒子在匀强电场中的运动情况,根据运动合成与分解的知识解答.

教师点评

本题考查了带电粒子在匀强电场中的运动,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与动能定理、运动学公式等知识点交汇命题. 

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

0.45m

解析

作出俯视图:

   由题意知P板电势高,则在电场中小球向P板偏转,进入后磁场后做匀速圆周运动,根据运动的对称性,则必须N板电势高于M板电势,其运动轨迹如图所示; 设小球做匀速圆周运动的半径为R,则,得,

设小球射入和射出磁场时两点间的距离为h,由几何知识得 :  h=2Rcosθ=2×0.5×0.8m=0.8m

小球在两平行金属板间偏转的距离

根据对称性可知,金属板Q、M间距离是

考查方向

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

解题思路

因为P板电势高,在电场中小球向P板偏转,进入后磁场后竖直方向重力和支持力仍平衡,由洛伦兹力提供向心力,小球做匀速圆周运动,根据运动的对称性,画出小球的运动轨迹.在MN板间的运动可看作类平抛运动的逆过程处理.由牛顿定律求出圆周运动的半径,运用几何知识求解金属板Q、M间距离.

易错点

关键作出粒子的运动轨迹,由几何关系解答.

教师点评

本题考查了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,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与动能定理、运动学公式等知识点交汇命题. 

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题型:简答题
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简答题 · 14 分

如图所示,在坐标系oxy的第一象限内有E=1.0×103V/m.方向沿y轴负方向的匀强电场,在第四象限有B=1T.方向垂直纸面向里长为10m.宽为1m紧贴x.y轴的匀强磁场。现有质荷比的带正电粒子从y轴上的A点以速度V0=2.0×103m/s沿x轴正向射出,进入磁场时速度方向与x轴方向成450角,粒子的重力忽略不计。求:

27.A点到坐标原点O的距离;

28.粒子从A出发到最终离开磁场的时间。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

y=2m     

解析

带电粒子电场区做类平抛运动,进入磁场时沿-y方向速度为Vy

    ②   ③

A点到坐标原点O的距离

y=2m     ④

考查方向

带电粒子在复合场中的运动.

解题思路

带电粒子电场区做类平抛运动,根据类平抛运动规律计算竖直方向上的位移的大小即可.

易错点

熟悉类平抛运动的处理方式,把类平抛运动分解成相互垂直方向的匀速直线运动和初速度为0的匀加速直线运动,通过分运动的处理得到合运动的性质.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

粒子从A出发到最终离开磁场的时间

t=t1+t2=3.57×10-3s      

解析

带电粒子第一次在电场中运动时间:

    ⑤

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动

      ⑥

   ⑦

    ⑧

 ⑨

所以粒子不会从下边界和右边界射出,且从磁场的上边界第一次射出后再不回磁场了   ⑩

带电粒子在磁场中运动时间:

   ⑪

粒子从A出发到最终离开磁场的时间

t=t1+t2=3.57×10-3s      ⑫

考查方向

带电粒子在复合场中的运动.

解题思路

计算粒子的合速度的大小,根据洛伦兹力作为向心力计算在磁场中运动的周期的大小和圆心角,从而计算时间的大小,与在电场中运动的时间的和即为总时间.

易错点

熟悉类平抛运动的处理方式,把类平抛运动分解成相互垂直方向的匀速直线运动和初速度为0的匀加速直线运动,通过分运动的处理得到合运动的性质.画出轨迹,运用几何知识求出磁场中运动的半径,即可求出时间.

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题型:简答题
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简答题 · 20 分

如图所示,在水平边界ABCD间有一匀强电场,电场强度大小EE未知).同时存在水平的磁场,EF为左右的分界线。将水平存在的磁场分成向里和向外的匀强磁场,磁感应强度大小相同,均为BB未知)AB边界上的P点到边界EF的距离为。一带正电微粒从P点的正上方的O点由静止释放,从P点垂直AB边界进入电、磁场区域,且恰好不从AB边界飞出电、磁场。已知微粒在电、磁场中的运动轨迹为圆弧,重力加速度大小为g,电、磁场满足E/B=,不考虑空气阻力,求:

17.电场强度E的方向

18.O点距离P点的高度h多大;

19.若微粒从O点以v0=水平向左平抛,且恰好垂直下边界CD射出电、磁场,则微粒在电、磁场中运动的时间t多长?

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

E的方向竖直向上(2分)

解析

解:微粒带电量为q、质量为m,轨迹为圆弧,有

qE=mg

解得:,E的方向竖直向上.

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

微粒在进入电磁场前做匀加速直线运动,在电磁场中做匀速圆周运动,电场力与重力应平衡,据此分析和求解场强的方向.

易错点

关键分析出带电粒子在电磁场中运动情况,由受力条件列方程.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

h=L/2

解析

微粒在磁场中运动速率v1时恰好与AB相切,如图所示:

O1、O2为微粒运动的圆心,O1O2与竖直方向夹角为θ,由几何知识知

微粒半径r1,由几何关系有,得r1=2L.由洛伦兹力和牛顿第二定律有: 

由动能定理有 

已知 ,联立解得

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

微粒在磁场中运动速率v1时恰好与AB相切,画出运动轨迹,根据几何关系求出轨迹半径;由洛伦兹力公式和牛顿第二定律求出轨迹半径.微粒在进入电磁场前做匀加速直线运动,由动能定理可以求出O到P的距离h.

易错点

关键画出带正电微粒的轨迹图,利用几何关系求解.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

t=。(k=0,1,2,……)    (10分)

解析

微粒平抛到AB边界上的M点的时间为t1,水平距离x1,由运动学公式有

代入v0=,得x1=;

微粒在M点时竖直分速度v1=,速度为v=2、与AB夹角为θ=30º。微粒在磁场中运动半径r2=4L。由几何关系知微粒从M点运动30º垂直到达EF边界.

微粒在磁场中运动周期

由题意有微粒运动时间

微粒运动时间t=。(k=0,1,2,……)

考查方向

平抛运动;带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

微粒在进入电磁场前做平抛运动,在电磁场中做匀速圆周运动,根据微粒做圆周运动的周期公式求出微粒的运动时间.

易错点

关键要抓住圆周运动的周期性结合平抛运动规律列式求解.

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题型:简答题
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简答题 · 12 分

14.将氢原子中电子的运动看做是绕氢核做匀速圆周运动,这时在研究电子运动的磁效应时,可将电子的运动等效为一个环形电流,环的半径等于电子的轨道半径r。现对一氢原子加上一个外磁场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直电子的轨道平面。这时电子运动的等效电流用I1表示。现将外磁场反向,但磁场的磁感应强度大小不变,仍为B,这时电子运动的等效电流用I2表示。假设在加上外磁场以及外磁场反向时,氢核的位置、电子运动的轨道平面以及轨道半径都不变,求外磁场反向前后电子运动的等效电流的差,即等于多少?(用m和e表示电子的质量和电荷量)

正确答案


解析

用r表示电子的轨道半径,v表示电子速度,则等效电流

当加上一垂直于轨道平面的外磁场后,设顺着外磁场方向看,电子做逆时针转动,此时电子受到氢核对它的库仑力指向圆心,而受到洛伦兹力背向圆心.设此时速度为v1,根据题意得

当外磁场反向后,轨道半径r不变,此时运动速度变为v2,此时电子受到氢核对它的库仑力不变,而洛伦兹力大小变为eBv2,方向变为指向圆心,根据牛顿运动定律可得

③             由②③式解得

由①④两式可得

考查方向

库仑定律;向心力;带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

根据电流的公式,可以求得电子的等效的电流的大小,根据电流的表达式即可求得电流差值的绝对值.

易错点

根据向心力的大小求出两种情况下的等效电流.

知识点

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.如图所示,有一个半径为R=1.0 m的圆形区域,区域外有垂直纸面向里的匀强磁场,

磁感应强度为B= T,一个比荷为=4.0×107 C/kg的带正电粒子从中空区域与磁场交界面的P点以速度v0=4×107 m/s沿圆的半径方向射入磁场(不计带电粒子的重力),该粒子从P点进入磁场到第一次回到P点所需要的时间是()

A3.31×10-7 s

B1.81×10-7 s

C0.45×10-7 s

D1.95×10-7 s

正确答案

A

解析

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得:

则得:

周期为:

画出粒子的运动轨迹,如图所示

图中 

,得:

故粒子从P点进入磁场到第一次回到P点所需要的时间是:

  t=3.31×10-7s

故选:A

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动.

解题思路

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律求出轨迹半径,得到运动周期.结合几何关系求所需时间.

易错点

画出轨迹,根据几何知识分析,求半径和圆心角是常用的思路.

知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示, 一质量为m.电荷量为+q.重力不计的带电粒子, 从A板的S点由静止开始释放, 经A.B加速电场加速后, 穿过中间偏转电场, 再进入右侧匀强磁场区域. 已知AB间的电压为U,  MN极板间的电压为2U,  MN两板间的距离和板长均为L,磁场垂直纸面向里.磁感应强度为B且有理想边界. 求:

30.带电粒子离开B板时速度v0的大小;

31.带电粒子离开偏转电场时速度v的大小与方向;

32.要使带电粒子最终垂直磁场右边界射出磁场,磁场的宽度d多大?

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

(4分)

解析

带电粒子在加速电场中,由动能定理得:

 得带电粒子离开B板的速度:

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

带电粒子在电场中加速,根据动能定理,即可求解.

易错点

动能定理的使用方法.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

;(7分)

(2分)

解析

‍粒子进入偏转电场后,有:

由牛顿第二定律得: 

解得: 

,代入得:

所以

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

带电粒子在电场中偏转,根据运动学公式与牛顿第二定律,可求出射出速度的大小与方向.

易错点

在偏转电场中带电粒子做类平抛运动,根据相关规律列式.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

(5分)

解析

根据洛伦兹力提供向心力,则有

作出粒子的轨迹图所图所示:


由几何关系可得:

 解得:

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

带电粒子在磁场中,在洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动,因此可求出运动的半径,根据几何关系从而求出磁场的宽度.

易错点

关键画出粒子的运动轨迹示意图,由几何关系确定半径.

1
题型:简答题
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简答题 · 19 分

如图10所示,在矩形区域abcd内有匀强电场和匀强磁场。已知电场方向平行于ad边且由a向d,磁场方面垂直于abcd平面,ab边长为√3L,ad边长为2L。一带电粒子从ad边的中点O平行于ab方向以大小为v0的速度射入场区,恰好做匀速直线运动;若撤去电场,其它条件不变,则粒子从

c点射出场区(粒子重力不计)。

18.求撤去电场后,该粒子在磁场中的运动时间;

19.若撤去磁场,其它条件不变,求粒子射出电场时的速度大小;

20.若在19问中,粒子射出矩形区域abcd后立即进入另一矩形磁场区域,该矩形磁场区域

的磁感应强度大小和方向与(2)问中撤去的磁场完全相同,粒子经过该矩形区域后速度

平行bc,试求该矩形区域的最小面积。

第(1)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

撤去电场后,带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,设圆半径为R,在场区内轨迹圆所对应圆心角为,由几何关系有:    解得,  ,  , 轨迹圆弧长为   ,在磁场中运动时间为  

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

撤去电场之后,带电粒子作匀速圆周运动。根据几何关系求出轨迹半径和圆心角,进而求出运动时间.

易错点

关键由几何关系求出带电粒子在磁场中运动的半径.

第(2)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

电场和磁场均存在时,粒子做匀速直线运动: 

撤去电场,粒子做匀速圆周运动:,R=2L     

联立解得:   

撤去磁场后,带电粒子在电场中做类平抛运动,假设带电粒子从ab边射出场区,由运动学规律有:,,    

解得    

带电粒子沿ab方向运动的距离为,大于ab边长,故假设不成立,带电粒子从bc边射出场区,则    

只有电场时,带电粒子出场区时沿电场力方向偏离距离为:

带电粒子在电场中运动,由动能定理有:   

解得:

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

电场磁场均存在时,电场力等于洛伦兹力,撤去磁场后,粒子作类平抛运动,解出沿电场方向偏离的距离,由动能定理求出末速度.

易错点

只存在电场时,关键分析出带电粒子从哪个边射出.

第(3)小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

设粒子出电场的速度偏向角为,进入右侧磁场区域作圆周运动半径为r,对应轨迹圆心角为,粒子运动轨迹如图所示:

结合(2)知,  ,  ,解得   

由几何知识得:,所加磁场的矩形区域为efgh,矩形磁场的两边长分别为:,   

结合上述几式得矩形最小面积为:

     

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

作出粒子偏转的轨迹图,求出半径和轨迹所对应的圆心角,求出最小面积.

易错点

关键作出粒子运动的轨迹图,由几何关系求出圆心角.

1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

15.不计重力的两个带电粒子MN沿同一方向经小孔S垂直进入匀强磁场,在磁场中的径迹如图。分别用vMvN tMtN表示它们的速率、在磁场中运动的时间、荷质比,则

A如果=,则vM vN

B如果=,则tM tN

C如果vM = vN,则

D如果tM = tN,则

正确答案

A

解析

A、带电粒子在洛仑兹力的作用下做圆周运动:,所以同一磁场磁感强度B相同,如果,则v∝r.由图可知rM>rN,所以vM>vN,故A正确;

B、带电粒子在洛仑兹力的作用下做圆周运动则有:,圆周运动的周期为:,实际运动时间;解得,由于同一磁场,比荷相同,所以时间相同,即则tM=tN,故B错误;

C、带电粒子在洛仑兹力的作用下做圆周运动:,所以,由于同一磁场,速率相同,rM>rN,所以,故C错误;

D、带电粒子在洛仑兹力的作用下做圆周运动则有:,圆周运动的周期为:,实际运动时间,解得,由于同一磁场,时间相同,所以,故D错误.

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动

解题思路

带电粒子在磁场做圆周运动,洛仑兹力充当圆周运动的向心力,圆周运动的周期,实际运动时间;根据以上表达式,结合图中rM>rN,进行解答.

易错点

关键根据圆周运动的周期公式,实际运动时间,及半径关系,推导相关表达式进行求解.

知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动
下一知识点 : 光学
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