- 电磁学
- 共4057题
如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板上方有一磁感应强度为B的匀强磁场。电荷量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,从M点进入磁场后做匀速圆周运动,从N点离开磁场。忽略重力的影响。
27.求匀强电场场强E的大小;
28.求粒子从电场射出时速度ν的大小;
29.求M、N两点间距L的大小;保持粒子不变,请你说出一种增大间距L的方法。
正确答案
(1) (3分)
解析
(1)由匀强电场中电势差与场强的关系得:
考查方向
1、考查匀强电场中电场强度与电势差的关系。
解题思路
1、根据匀强电场中电场强度与电势差的关系求解。
易错点
1、对公式记忆不熟
正确答案
(2)
(5分)
解析
(2)根据动能定理有:
可得:
考查方向
1、考查电场力做功:W=qU
2、考查对运动过程的能量转移分析及动能定理。
解题思路
1、首先分析求解速度的方法,运动学或者动能定理,此题中由于不是匀加速运动,故应该使用动能定理。
2、根据动能定理的表达式求解速度v。
易错点
1、对求解速度的方法掌握不到位
正确答案
(3) (8分)
解析
(3)根据牛顿第二定律可得:
又因为:
联立可得:
增大间距L的方法有:只增大U或只减小B等
考查方向
1、考查带电粒子在磁场做匀速圆周运动的基本公式。
2、考查圆周运动的向心力,洛伦兹力提供向心力。
解题思路
1、根据洛伦兹力提供向心力求解带电粒子做匀速圆周运动的半径
2、根据L=2R,求解L
易错点
1、容易误认为L=R
如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响)。
已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场。上述m、q、l、t0、B为已知量。(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况)
28.求电压U0的大小;
29.求时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;
30.何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间。
正确答案
见解析
解析
t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2,则有
①
Eq=ma ②
l/2=at02/2 ③
联立以上①②③式,
解得: ④
考查方向
解题思路
t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动
2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。
易错点
正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键
正确答案
见解析
解析
t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动。
带电粒子沿x轴方向的分速度大小为v0=l/t0 ⑤
带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为 ⑥
带电粒子离开电场时的速度大小为 ⑦
设带电粒子在磁场做匀速圆周运动半径为R,则有 ⑧
联立③⑤⑥⑦⑧式解得 ⑨
考查方向
解题思路
t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动
2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。
易错点
正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键
正确答案
见解析
解析
2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。
带电粒子离开磁场时沿y轴正方向的分速度为 ⑩,
设带电粒子离开电场时速度方向与y轴正方向的夹角为,则
,
联立③⑤⑩式解得,粒子在磁场中轨迹圆弧所对圆心角为
,
磁场中运动周期,(1分)最短时间
, 即
。
考查方向
解题思路
t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动
2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。
易错点
正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键
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
正确答案
解析
存在磁场时小球在C点洛伦兹力方向向上有:,撤去磁场后小球在C点的向心力仅由重力提供:
,故撤去磁场后小球在C点的速度需更大v2>v1;根据动能定理小球从A到C洛伦兹力不做功,重力做正功转化为动能有
,故H’ >H选C。
考查方向
1、考查圆周运动中向心力与速度的关系:,以及物体“恰好通过最高点”的物理条件:与物体直接接触的压力或支持力为零,除此之外的力的合力刚好等于物体所需的向心力。
2、考查带电粒子或小球在匀强磁场中洛伦兹力方向的判断及计算公式。
3、考查能量的转化、功能关系及动能定理。
解题思路
1、理解“恰好通过最高点”物理含义,找出起物理条件:与物体直接接触的压力或支持力为零,除此之外的力的合力刚好等于物体所需的向心力。
2、分析撤去磁场后小球恰好通过C点所需的向心力增大,故在C点的速度需增大。
3、根据能量转化关系及动能定理,从A到C重力势能转化为动能,H越大C点的速度越大。
易错点
1、洛伦兹力方向判断:左手定则。
2、对“恰好通过最高点”的理解及其物理条件的分析。
知识点
21.如图甲所示,在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场,电场的方向水平向右(图甲中由B到C),场强大小随时间变化情况如图乙所示;磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示。在t=1s时,从A点沿AB方向(垂直于BC)以初速度v0射出第一个粒子,并在此之后,每隔2s有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出,并恰好均能击中C点,若AB=BC=L,且粒子由A运动到C的运动时间小于1s。不计重力和空气阻力,对于各粒子由A运动到C的过程中,以下说法正确的是:
正确答案
解析
A选项,带电粒子在1s~2s时间内只有磁场没有电场,故第一个粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力有qv0B0=,根据几何知识可得r=L,故有
;在3s~4s时间内只有电场没有磁场,第二个粒子做类平抛运动有:
,qE0=ma,联立可得
,联立①②可得
,故A选项正确。
B选项,第一个粒子只受磁场力作用,故qv0B0=ma1;第二个粒子只受电场力作用,故qE0=ma2,因为有,故B错误。
C选项,第一个粒子只受磁场力作用,洛伦兹力了不做功,速度不变动能;第二个粒子做类平抛运动有:
,又因为vy=at,所以vy=2v0,
,故Ek1:Ek2=1:5,C错误。
D选项,第一个粒子做的匀速圆周运动,
;第二个粒子做类平抛运动有:因为vy=2v0=at,qE0=ma,
,所以,
,故D选项正确。
考查方向
1、带电粒子在电场中的类平抛运动,带电粒子在磁场中的匀速圆周运动的综合考查。2、考查带电粒子在交变复合场中运动的时间、能量、加速度等。
解题思路
1、分析第一个带电粒子在1s~2s内做匀速圆周运动,第二个粒子在3s~4s内做类平抛运动。
2、根据匀速圆周运动及类平抛运动的基本公式求解速度、动能、加速度、时间等物理量。
类平抛运动的基本公式: 匀速圆周运动的基本公式:
易错点
对各粒子在相应的时间内所做运动类型分析不清楚。
知识点
如图所示,M、N为中心开有小孔的平行板电容器的两极板,相距为D,其右侧有一边长为2a的正三角形区域,区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,在极板M、N之间加上电压U后,M板电势高于N板电势.现有一带正电的粒子,质量为m,电荷量为q,其重力和初速度均忽略不计,粒子从极板M的中央小孔s1处射入电容器,穿过小孔s2后从距三角形A点的P处垂直AB方向进入磁场,试求:
16.粒子到达小孔s2时的速度;
17. 若粒子从P点进入磁场后经时间t从AP间离开磁场,求粒子的运动半径和磁感应强度的大小;
18.若粒子能从AC间离开磁场,磁感应强度应满足什么条件?
正确答案
(1)带电粒子在电场中运动时由动能定理得: ----------- 2分
解得粒子进入磁场时的速度大小为 ------------- 1分
解析
(1)带电粒子在电场中运动时由动能定理得: ----------- 2分
解得粒子进入磁场时的速度大小为 ------------- 1分
考查方向
带电粒子在匀强电场中加速
解题思路
粒子在加速电场中,电场力做功,由动能定理求出末速度v
易错点
基础题,不应该出错
正确答案
(2) 粒子的轨迹图如图甲所示,粒子从进入磁场到从AP间离开,
由牛顿第二定律得: ----------- 1分
粒子在磁场中运动的时间为 ----------- 1分
由以上两式可解得轨道半径 ----------- 2分
磁感应磁强度为 ----------- 1分
解析
(2) 粒子的轨迹图如图甲所示,粒子从进入磁场到从AP间离开,
由牛顿第二定律得: ----------- 1分
粒子在磁场中运动的时间为 ----------- 1分
由以上两式可解得轨道半径 ----------- 2分
磁感应磁强度为 ----------- 1分
考查方向
带电粒子在匀强磁场中的运动
解题思路
粒子从进入磁场到从AP间离开,根据半径公式,周期公式结合几何关系即可求解
易错点
画出粒子运动的轨迹
教师点评
本题是带电粒子在组合场中运动的问题,粒子在磁场中做匀速圆周运动,要能画出粒子运动的轨迹,能根据半径公式,周期公式结合几何关系求解,难度适中.
正确答案
(3)粒子从进入磁场到从AC间离开,若粒子恰能到达BC边界,如图乙所示,设此时的磁感应强度为B1,根据几何关系有此时粒子的轨道半径为 [来源:]
--------------------------2分
由牛顿第二定律可得 ------------1分
解得 -------------2分
粒子从进入磁场到从AC间离开,若粒子恰能到达AC边界,如图丙所示,设此时的磁感应强度为B2,
根据几何关系有:---------- -2分
由牛顿第二定律得 ------------1分
由以上两式解得 ------2分
综上所述要使粒子能从AC间离开磁场,磁感应强度应满足:
----------2分
解析
(3)粒子从进入磁场到从AC间离开,若粒子恰能到达BC边界,如图乙所示,设此时的磁感应强度为B1,根据几何关系有此时粒子的轨道半径为
--------------------------2分
由牛顿第二定律可得 ------------1分
解得 -------------2分
粒子从进入磁场到从AC间离开,若粒子恰能到达AC边界,如图丙所示,设此时的磁感应强度为B2,
根据几何关系有:---------- -2分
由牛顿第二定律得 ------------1分
由以上两式解得 ------2分
综上所述要使粒子能从AC间离开磁场,磁感应强度应满足:
----------2分
考查方向
带电粒子在匀强磁场中的运动的临界条件
解题思路
粒子从进入磁场到从AC间离开,画出运动轨迹,找出临界状态,根据洛伦兹力提供向心力结合几何关系即可求解.
易错点
找出临界状态
教师点评
本题是带电粒子在组合场中运动的问题,粒子在磁场中做匀速圆周运动,要能画出粒子运动的轨迹,能根据半径公式,周期公式结合几何关系求解,难度适中.
如图所示,长L=0.125 m、质量M=30g的绝缘薄板置于倾角为θ=37°的斜面PM底端P, PN是垂直于PM的挡板,斜面与薄板间的动摩擦因数μ0=0.8 .质量m=10g、带电荷量q=+2.5×10-3C可视为质点的小物块放在薄板的最上端,薄板和物块间的动摩擦因数μ=0.5,所在空间加有一个方向垂直于斜面向下的匀强电场E.现对薄板施加一平行于斜面向上的拉力F=0.726N,当物块即将离开薄板时,立即将电场E方向改为竖直向上,同时增加一个垂直纸面向外B=6.0T足够大的匀强磁场,并撤去外力F,此时小物块刚好做匀速圆周运动. 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,不考虑因空间电、磁场的改变而带来的其它影响,斜面和挡板PN均足够长.取g=10 m/s2,sin37=0.6.求:
13.电场强度E的大小;
14.小物块从开始运动至脱离薄板所需要的时间;
15.物块第一次击中挡板PN的位置。
正确答案
(1)40N/C
解析
因物块能在竖直面内做匀速圆周运动,所以必有:得场强大小
,代入数据得E=40N/C。
考查方向
考查带电物体在电场、磁场、重力场的复合场中的运动模型。
解题思路
根据“刚好做匀速圆周运动”得出:重力等于电场力,求得电场强度E的大小。
易错点
1、对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
正确答案
(2)0.5s
解析
分别对物块、薄板进行受力分析,写出牛顿第二运动定律的表达式,求出各自的加速度,根据加速度运用运动学的基本公式,及空间位置关系:,求解时间t。
考查方向
考查带分析电物体在磁场中的匀速圆周运动轨迹及其基本公式计算。
解题思路
分别对物块、薄板进行受力分析,写出牛顿第二运动定律的表达式,求出各自的加速度,根据加速度运用运动学的基本公式,及空间位置关系:,求解时间t。
易错点
1、对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
正确答案
(3) 距P点的距离为:1.87m
解析
物块即将离开薄板时,物块发生的位移:=0.375m,物块的速度:
=1.5m/s期间薄板发生的位移:
=0.5m,速度
=2m/s物块离开薄板后,在竖直面内做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律:
得物块做匀速圆周运动的半径:r=1.0m由几何关系得物块第一次击中PN的位置距P点的距离为:
=1.87m
考查方向
考查牛顿第二运动定律及运动学中的滑块滑板模型。考查带电物体在匀强电场中的受力计算。
解题思路
析物块所受洛伦兹力的方向,根据公式求得物块匀速圆周运动的半径,画出物块的运动轨迹,根据几何关系求解击中挡板PN的位置。
易错点
1、对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
5.竖直平面内存在一正方形区域ABCD,边长为L,AC 为对角线,一带电粒子质量为m,电荷量为+q,重力不计,以水平初速度为v0从A 点射入正方形区域,可在ACD 区域内加竖直方向的匀强电场或垂直平面的匀强磁场,使得带电粒子能从C 点射出场区域,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
若在ACD区域加入竖直向下的匀强电场,且使粒子从C点穿出,则粒子做类平抛运动,设正方形边长为l,则有l=v0t,l=,解出t=
有非负解,即加入竖直向下的匀强电场可以使粒子从C点穿出;
若在ACD区域加入垂直纸面向外的匀强磁场,洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力,由几何关系可知,粒子做圆周运动的半径r==l,粒子穿出C点所用的时间为t=
,结合仅在电场力作用下的运动规律可知
,C、D正确;若加入垂直纸面向里的匀强磁场,粒子会向上偏转,而无法通过C点,B选项错误。
考查方向
解题思路
加入竖直向下的匀强电场,结合类平抛运动规律判断;再加入匀强磁场,根据圆周运动规律判断。
易错点
类平抛运动的推论不熟
知识点
8.如图所示,M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板,两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值.静止的带电粒子带电荷量为+q,质量为m (不计重力),从点P经电场加速后,从小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,CD为磁场边界上的一绝缘板,它与N板的夹角为θ=30°,孔Q到板的下端C的距离为L,当M、N两板间电压取最大值时,粒子恰垂直打在CD板上,则:( )
正确答案
解析
A、M、N两板间电压取最大值时,粒子恰垂直打在CD板上,
所以圆心在C点,CH=QC=L,故半径R1=L
故A错B、设轨迹与CD板相切于K点,半径为R2,在△AKC中:
B、打在QE间的粒子在磁场中运动的时间最长,均为半周期:
T=
所以tm=1/2T=
考查方向
易错点
运动轨迹画不出
知识点
15.如图,在xOy平面第一象限内有平行于y轴的匀强 电场和垂直于xOy平面的匀强磁场。一质量为m、带电量为+q的小球从y轴上离坐标原点距离为L的A点处,以沿x正向的初速度v0进入第一象限,小球恰好做匀速圆周运动,并从x轴上距坐标原点L/2的C点离开磁场。求:
(1)匀强电场电场强度E的大小和方向;
(2)磁感应强度B的大小和方向;
(3)如果撤去磁场,并且将电场反向,带电小球仍以相同的初速度从A点进入第一象限,求带电小球到达x轴时的坐标.
正确答案
(1)、 方向 竖直向上
(2)、 方向 垂直xoy平面向外
(3)、
解析
解:(1)由带电小球做匀速圆周运动知,mg=Eq
所以 方向 竖直向上
(2)带电小球做匀速圆周运动时,洛仑兹力提供向心力
qv0B =mv02/R
B=mv0/(qR )
由圆周运动轨迹分析得 (L-R)2+()2=R2
R=5L/8
代入得
(3)电场反向后竖直方向受力 Eq+mg=ma
a=2g
小球做类平抛运动有X=v0t ,
得
考查方向
解题思路
见解析
易错点
第(3)问,合力恒定并且垂直初速度,所以小球做类平抛运动。
知识点
12.如图所示的竖直直角坐标平面xoy内有两条过原点的射线OA和OB与x轴的正半轴和负半轴都成45°角,在x轴上方∠AOB区域间分布着方向垂直纸面向外大小为B1的匀强磁场,在x轴的下方存在着方向垂直纸面向外大小为B2的匀强磁场,现有一质量为m,带电量为+q的带电粒子以速度v从位于直线OA上的P(L,L)点竖直向下射出,经过测量发现,此粒子每经过相同的时间T会回到P点,(不计粒子重力)
(1)求出匀强磁场之比;
(2)求粒子相邻两次经过P点的时间间隔T;
(3)若保持不变,而
间的磁场方向不变,现从P点向下发射两个速度在
范围内与原来相同的带电粒子(不计两个粒子间的相互作用力),它们进入
间的匀强磁场后都要经过P点,求
间的磁感应强度的
的大小。
(4)请判断:题(3)中若从点向下发射的是一群速度在
范围内与原来比荷相同的带电粒子(不计粒子间的相互作用力)它们进入
的匀强磁场后能否都经过
点。(不需要写理由)
正确答案
(1)1
(2)
(3)
(4)能
解析
(1)由P点射出的粒子先做匀速直线运动进入匀强磁场中,
设匀速圆周运动的半径为,
由
粒子每经过相同时间T会回到P点必满足在匀强磁场中
半径大小为
,
故有
(2)带电粒子在无匀强磁场运动的时间为;
在匀强磁场中运动时
;
在匀强磁场中运动时间为
故求两次粒子相邻两次经过P点的时间间隔
(3)从P点向下发射速度为满足范围为
与原来相同的带电粒子,由于保持
不变,当速度
时半径为
,则速度为
的粒子必定经过半个周期后在x轴正半轴间返回
间磁场,如图2所示,
进入匀强磁场后都要经过P点,则在
磁场中运动的半径为
磁场中运动半径的两倍,即
即
(4)能
考查方向
解题思路
根据粒子的运动状态,利用洛伦兹力提供向心力求出粒子在不同磁场中的运动半径,得到磁感应强度B的比值,分别求出不同条件下的运动时间,从而得到两次粒子相邻两次经过P点的时间间隔;利用计算结果判断粒子运动的可能性。
易错点
运动轨迹的推断,利用计算结论推断粒子运动情况。
知识点
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:
30.带电微粒在磁场中运动的速度大小?
31.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?
32.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。)
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
考查方向
1、考查带电粒子在圆形磁场中的运动规律:
①粒子沿半径方向飞入圆形匀强磁场,必沿半径方向飞出磁场
②此聚焦:一束带电粒子以平行的初速度v垂直射入圆形匀强磁场,若带电粒子的轨道半径与磁场圆半径相同,则这些带电粒子将会聚于初速度方向与磁场圆的切点。
③磁发散:速度大小相等的一束带电粒子从圆周上同一点沿不同方向垂直射入圆形匀强磁场,若粒子的轨道半径与磁场圆半径相同,那么所有粒子成平行线离开磁场,而且与磁场圆在入射点的切线方向平行。。
解题思路
根据“粒子都平行于x轴离开磁场”得出带电粒子在磁场中运动的半径等于圆形磁场的半径,根据公式解得带电粒子在磁场中运动的速度。
易错点
对“粒子都平行于x轴离开磁场”的含义理解不透彻。
正确答案
解析
(2) 如图所示,射出磁场的位置坐标为:
考查方向
考查带电粒子在磁场中运动时间的计算:。
解题思路
分析粒子出磁场的偏转角θ=60°,根据公式求解运动时间。
易错点
计算粒子在磁场中运动的时间时,对θ的计算不清楚。
正确答案
(3)
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
所以,当粒子从N板的右边缘射出时,d1=则
当粒子从M板的右边缘射出时,d2 =
所以,粒子能够从平行板电容器的右端射出,M板的电势范围为:
考查方向
解题思路
画出带电粒子的运动轨迹、根据几何及物理关系,解得粒子出磁场的位置。计算出带电粒子进入平行板电容器的位置,再分别计算粒子刚好从平行板电容器边缘出磁场时M板的电势,即M板的电势范围。
易错点
对整个运动过程的分析不到位。
质量为m带电量为-q的带电粒子0时刻由a点以初速度v0垂直进入磁场,Ⅰ区域磁场磁感应强度大小不变方向周期性变化如图所示(垂直纸面向里为正方向);Ⅱ区域为匀强电场,方向向上;Ⅲ区域为匀强磁场磁感应强度大小与Ⅰ区域相同均为B0。粒子在Ⅰ区域内一定能完成半圆运动且每次经过mn的时刻均为T0/2整数倍,则
27.粒子在Ⅰ区域运动的轨道半径为多少?
28.若初始位置与第四次经过mn时的位置距离为x,求粒子进入Ⅲ区域时速度的可能值 (初始位置记为第一次经过mn)。
29.在满足(2)的条件下,求电场强度E的大小可能值。
正确答案
(1)r=或 R=
解析
(1)qv0B0=mr=
也可以表示为T0=
R=
考查方向
解题思路
(1)根据洛伦兹力提供向心力可以求出粒子在Ⅰ区域运动的轨道半径
易错点
本题中易错点是带电粒子带负电,洛伦兹力的方向易出错,导致运动轨迹出错,另处一个易错点就是两种情况不易找全。
正确答案
(2)v2=或v2=
-2v0
解析
(2)R=qv2B0=m
解得3区域速度大小:v2=
第二种情况:3区域半径R=
-3区域速度大小v2=
-2v0-
考查方向
解题思路
(2)因为电场区域的宽度没有给出,所以粒子从Ⅰ区域经过Ⅱ区域Ⅲ区域再次回到Ⅰ区域时Ⅰ区域磁场方向不确定,可能和原来同向也可能和原磁场反向,两种情况分别确定半径,然后确定速度。
易错点
本题中易错点是带电粒子带负电,洛伦兹力的方向易出错,导致运动轨迹出错,另处一个易错点就是两种情况不易找全。
正确答案
(3)E=(n=0,1,2......) E=
(n=0,1,2......)
解析
(3)第一种情况:3区域速度大小:v2= 2t=
+nT0Eq=ma-
解得:E=
(n=0,1,2......)第二种情况:3区域速度大小v2=
-2v0
2t=(n+1)T0E=(n=0,1,2......)
考查方向
解题思路
(3)根据牛顿第二定律和运动学公式分别确定两种情况时的电场强度E。
易错点
本题中易错点是带电粒子带负电,洛伦兹力的方向易出错,导致运动轨迹出错,另处一个易错点就是两种情况不易找全。
12.如图甲所示,有一磁感应强度大小为B、垂直纸面向外的匀强磁场,磁场边界OP与水平方向夹角为θ=45°,紧靠磁场右上边界放置长为L、间距为d的平行金属板M、N,磁场边界上的O点与N板在同一水平面上,O1、O2为电场左右边界中点。在两板间存在如图乙所示的交变电场(取竖直向下为正方向)。某时刻从O点竖直向上以不同初速度同时发射两个相同的质量为m、电量为+q的粒子a和b。结果粒子a恰从O1点水平进入板间电场运动,由电场中的O2点射出;粒子b恰好从M板左端边缘水平进入电场。不计粒子重力和粒子间相互作用,电场周期T未知。求:
(1)粒子a、b从磁场边界射出时的速度va、vb;
(2)粒子a从O点进入磁场到O2点射出电场运动的总时间t;
(3)如果金属板间交变电场的周期T=,粒子b从图乙中t=0时刻进入电场,求要使粒子b能够穿出板间电场时E0满足的条件。
正确答案
(1)
(2) t=
(3)
解析
(1)如图所示,粒子a、b在磁场中匀速转过90o,平行于金属板进入电场,
由几何关系可得:,
由牛顿第二定律可得
解得:
(2)粒子a在磁场中运动的轨迹如图所示
在磁场运动的周期为
在磁场运动的时间:
粒子在无电磁场区域做匀速直线运动,所用的时间为
在电场中运动时间为
a粒子全程运动的时间为t= t1+t2+t3=
(3)粒子在磁场中运动的时间相同,a、b同时离开磁场,
a比b进入电场落后的时间为,故粒子b在t=0时刻进入电场,而粒子a在
时刻进入电场。
由于粒子a在电场中从O2射出,在电场中竖直方向位移为0,故a在电场中运动的时间ta是周期的整数倍,由于vb=2va,b在电场中运动的时间是,可见b在电场中运动的时间是半个周期的整数倍,即
故
粒子b在内竖直方向的位移为
粒子在电场中的加速度
由题知 粒子b能穿出板间电场应满足ny≤d
解得
考查方向
1、考查带电物体在交变电场、磁场的复合场中的运动模型。
2、考查带分析电物体在磁场中的匀速圆周运动轨迹及其基本公式计算。匀速圆周运动的基本公式:
3、考查带电粒子在平行板电容器间的类平抛运动及其基本公式
解题思路
1、首先根据几何知识求出带电粒子在磁场中匀速圆周运动的半径,再根据公式:求出粒子出磁场的速度。
2、分析粒子从O出发到从O2离开各阶段的运动类型,根据各阶段的基本公式求解各阶段的时间,得到总时间。
3、对于带电粒子在交变电场中的运动应该先分析带电粒子在一个周期内的运动类型,及运动轨迹,再根据粒子运动轨迹的周期性求解。
易错点
1、对粒子在磁场中的运动类型及轨迹分析不清楚。
2、对公式的选择模糊不清。
3、对粒子在交变电场中的运动轨迹分析不到位。
知识点
如图所示,长L=0.125 m、质量M=30g的绝缘薄板置于倾角为θ=37°的斜面PM底端P, PN是垂直于PM的挡板,斜面与薄板间的动摩擦因数μ0=0.8 .质量m=10g、带电荷量q=+2.5×10-3C可视为质点的小物块放在薄板的最上端,薄板和物块间的动摩擦因数μ=0.5,所在空间加有一个方向垂直于斜面向下的匀强电场E.现对薄板施加一平行于斜面向上的拉力F=0.726N,当物块即将离开薄板时,立即将电场E方向改为竖直向上,同时增加一个垂直纸面向外B=6.0T足够大的匀强磁场,并撤去外力F,此时小物块刚好做匀速圆周运动. 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同,不考虑因空间电、磁场的改变而带来的其它影响,斜面和挡板PN均足够长.取g=10 m/s2,sin37=0.6.求:
26.电场强度E的大小;
27.小物块从开始运动至脱离薄板所需要的时间;
28.物块第一次击中挡板PN的位置。
正确答案
(1)40N/C
解析
因物块能在竖直面内做匀速圆周运动,所以必有:得场强大小
,代入数据得E=40N/C。
考查方向
解题思路
根据“刚好做匀速圆周运动”得出:重力等于电场力,求得电场强度E的大小。
易错点
对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
正确答案
(2)0.5s
解析
分别对物块、薄板进行受力分析,写出牛顿第二运动定律的表达式,求出各自的加速度,根据加速度运用运动学的基本公式,及空间位置关系:,求解时间t。
考查方向
解题思路
分别对物块、薄板进行受力分析,写出牛顿第二运动定律的表达式,求出各自的加速度,根据加速度运用运动学的基本公式,及空间位置关系:,求解时间t。
易错点
对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
正确答案
(3) 距P点的距离为:1.87m
解析
物块即将离开薄板时,物块发生的位移:=0.375m,物块的速度:
=1.5m/s期间薄板发生的位移:
=0.5m,速度
=2m/s物块离开薄板后,在竖直面内做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律:
得物块做匀速圆周运动的半径:r=1.0m由几何关系得物块第一次击中PN的位置距P点的距离为:
=1.87m
考查方向
解题思路
分析物块所受洛伦兹力的方向,根据公式求得物块匀速圆周运动的半径,画出物块的运动轨迹,根据几何关系求解击中挡板PN的位置。
易错点
对“刚好做匀速圆周运动”的物体条件不清楚。2、对物体的运动轨迹分析不准确。3、在计算时间时,对运动学的公式选择不当。
21.一半径为R的圆柱形区域内存在垂直于端面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,其边缘放置一特殊材料制成的圆柱面光屏。一粒子源处在光屏狭缝S处,能向磁场内各个方向发射相同速率的同种粒子,粒子的比荷为,不计重力及粒子间的相互作用。以下判断正确的是
正确答案
解析
由于是一群离子向各个方向发射,即以粒子运动的直径为半径扫过区域就是粒子能够到达的区域。A选项,若荧光屏上各个部位均有光点,即离子运动的2r>2R,根据洛伦兹力提供向心力有:qvB=得,
,所以
>2R,故
,故错误。
B选项,若仅光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径
R=
,所以v=
,B选项正确。C选项,若仅
光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径2r=R,
,所以
,C选项正确。
D选项,若仅光屏上有粒子打上,根据几何知识可知:离子运动的直径
,
,所以
,故错误。
考查方向
1、考查带电粒子群在匀强磁场中的匀速圆周运动及运动轨迹的分析计算。
2、考查带电粒子群在匀强磁场中运动半径的计算,及分析、计算带电粒子做匀速圆周运动的轨迹与几何知识的结合。
解题思路
1、首先根据几何知识,找出带电粒子打在光屏上的区域面积与带电粒子群运动的轨道半径点的关系,计算出带电粒子运动轨道半径。
2、再根据洛伦兹力提供向心力:qvB=,计算出带电粒子运动的速率。
易错点
1、不清楚一个带电粒子与一群带电粒子在匀强磁场中运动的区别。
2、对带电粒子匀速圆周运动的几何轨不清楚。
知识点
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