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题型:简答题
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简答题 · 16 分

23.如下图,竖直平面坐标系xOy的第一象限,有垂直xOy面向外的水平匀强磁场和竖直向上的匀强电场,大小分别为B和E;第四象限有垂直xOy面向里的水平匀强电场,大小也为E;第三象限内有一绝缘光滑竖直放置的半径为R的半圆轨道,轨道最高点与坐标原点O相切,最低点与绝缘光滑水平面相切于N.一质量为m的带电小球从y轴上(y>0)的P点沿x轴正方向进入第一象限后做圆周运动,恰好通过坐标原点O,且水平切入半圆轨道并沿轨道内侧运动,过N点水平进入第四象限,并在电场中运动(已知重力加速度为g).

(1)判断小球的带电性质并求出其所带电荷量;

(2)P点距坐标原点O至少多高;

(3)若该小球以满足(2)中OP最小值的位置和对应速度进入第一象限,通过N点开始计时,经时间t=2小球距坐标原点O的距离s为多远?

正确答案

解析:(1)小球进入第一象限正交的电场和磁场后,在垂直磁场的平面内做圆周运动,说明重力与电场力平衡,

设小球所带电荷量为q,则有qE=mg

解得:   

又电场方向竖直向上,

故小球带正电.

(2)设小球做匀速圆周运动的速度为v、轨道半径为r,

由洛伦兹力提供向心力得:qBv=mv2/r 

小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道运动,

则应满足:mg=mv2/R

由②③④得:

即PO的最小距离为:

(3)小球由O运动到N的过程中设到达N点的速度为vN

由机械能守恒定律得:

                                     

由④⑦解得:

小球从N点进入电场区域后,在绝缘光滑水平面上做类平抛运动,

设加速度为a,

则有:沿x轴方向有:x=vNt

沿电场方向有:

由牛顿定律得:

t时刻小球距O点为:

解析

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 19 分

25.如图所示,在xoy平面内以O为圆心、R0为半径的圆形区域I内有垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为+q的粒子以速度v0从A(R0,0)点沿x轴负方向射入区域I,经过P(0,R0)点,沿y轴正方向进入同心环形区域Ⅱ,为使粒子经过区域Ⅱ后能从Q点回到区域I,需在区域Ⅱ内加一垂直于纸面向里的匀强磁场。已知OQ与x轴负方向成角,不计粒子重力。求:

(1)区域I中磁感应强度B0的大小;

(2)环形区域Ⅱ的外圆半径R至少为多大;

(3)粒子从A点出发到再次经过A点所用的最短时间。

正确答案

解析

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知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 16 分

25.如图所示,A、B两板间距为d1=0.04 m,板间电势差为U1=2×103V,C、D两板间距离d2=0.40m,C、D两板板长均为L=1.0 m,两板间加一恒定电压U2(C板电势高)。在S处有一电量为q=8×10-5C、质量为m=2×10-6C的带正电粒子,无初速释放,经A、B间电场加速又经C、D间电场偏转后直接进入一个垂直纸面向里的匀强磁场区域,磁感强度为B=100 T,不计重力影响。欲使该带电粒子经过磁场偏转后,飞回C、D两板间,恰打在D板的左边缘。求:

(1)该带电粒子以多大的初速度飞入C、D两板间?

(2)C、D两板间电势差U2

(3)匀强磁场的宽度b至少为多少?

正确答案

(1)AB加速阶段,由动能定理得:     ①  

v0=400 m/s   ②       

(2)偏转阶段,带电粒子作类平抛运动偏转时间

 s     ③   

侧移量       ④  

设在偏转电场中,偏转角为θ

 ⑤   

进入磁场中  由     ⑥ 

得粒子在磁场中做圆周运动的半径:          ⑦   

磁场中向上侧移量  ⑧  

   ⑨

得y1=0.1 m               ⑩

代入④式得   V   ⑪

(3)代入⑤式得   ,       ⑫

     ⑬

代入⑦式和几何关系:

m    ⑭

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带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 14 分

17. 某高中校区拟采购一批实验器材,增强学生对电偏转和磁偏转研究的动手能力,其核心结构原理可简化为如题图所示,间的区域有竖直方向的匀强电场,在的右侧有一与相切于点的圆形有界匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。一带电粒子自点以水平初速度正对点进入该电场后,从点飞离边界时速度为,再经磁场偏转后又从点垂直于边界回到电场区域,并恰能返回点。已知间距离为,粒子质量为,电量为,粒子自身重力忽略不计。试求:

(1)两点间的距离;

(2)返回点时的速度大小;

(3)磁感强度的大小。

正确答案

(1)在M点,粒子速度

由运动学公式得

(2)

(3)

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带电粒子在混合场中的运动
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

18.如图所示,空间存在足够大、正交的匀强电、磁场,电场强度为E、方向竖直向下,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里。从电、磁场中某点P由静止释放一个质量为m、带电量为+q的粒子(粒子受到的重力忽略不计),其运动轨迹如图虚线所示。对于带电粒子在电、磁场中下落的最大高度H,下面给出了四个表达式,用你已有的知识计算可能会有困难,但你可以用学过的知识对下面的四个选项做出判断。你认为正确的是(    )

A

B

C

D

正确答案

B

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知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型: 多选题
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多选题 · 6 分

21.如图所示,在I、II两个区域内存在磁感应强度均为B的匀强磁场,磁场方向分别垂直于纸面向外和向里,AD,AC边界的夹角DAC=,边界AC与边界MN平行。II区域宽度为d,质量为m、电荷量为+q的粒子可在边界AD上的不同点射入,入射速度垂直AD且垂直磁场,若入射速度大小为,不计粒子重力,则(    )

A粒子在磁场中的运动半径为d

B粒子距A点0. 5d处射入,不会进入II区

C粒子距A点1.5d处射入,在I区内运动的时间为

D能够进入II区域的粒子,在II区域内运动的最短时间为

正确答案

C,D

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知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 18 分

25.如图,有3块水平放置的长薄金属板a、b和c,a、b之间相距为L。紧贴b板下表面竖直放置半径为R的半圆形塑料细管,两管口正好位于小孔M、N处。板a与b、b与c之间接有电压可调的直流电源,板b与c间还存在方向垂直纸面向外的匀强磁场。当体积为V0、密度为ρ、电荷量为q的带负电油滴,等间隔地以速率v0从a板上的小孔竖直向下射入,调节板间电压Uba和Ubc,当Uba=U1、Ubc=U2时,油滴穿过b板M孔进入细管,恰能与细管无接触地从N孔射出。忽略小孔和细管对电场的影响,不计空气阻力,重力加速度为g。求:

(1)油滴进入M孔时的速度v1

(2)b、c两板间的电场强度E和磁感应强度B的值;

(3)当油滴从细管的N孔射出瞬间,将Uba和B立即调整到Uba′和B′,使油滴恰好不碰到a板,且沿原路与细管无接触地返回穿过M孔,请给出Uba′和B′的结果。

正确答案

(1)油滴进入电场后,重力与电场力均做功,设到M点时的速度为v1,由动能定理

考虑到m=ρV0

得v1 

(2)油滴进入电场、磁场共存区域,恰与细管无接触地从N孔射出,须电场力与重力平衡,有:

mg=qE

得E=

油滴在半圆形细管中运动时,洛伦兹力提供向心力,由

qv1B=

(3)若油滴恰不能撞到a板,且再返回并穿过M点,由动能定理,

得Uba′=U1

考虑到油滴返回时速度方向已经相反,为了使油滴沿原路与细管无接触地返回并穿过M孔,磁感应强度的大小不变,方向相反,即:

B′=-B. 

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带电粒子在混合场中的运动
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题型: 多选题
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多选题 · 4 分

11.如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R,通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E,磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,由P点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。下列说法正确的是(     )

A粒子一定带正电

B加速电场的电压

C直径

D若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点,则该群离子具有相同的比荷

正确答案

A,B

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 19 分

25.

正确答案

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带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 20 分

25.如图所示,在平面内,轴竖直向上,有场强E=12 N/C,方向沿轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B=2 T、方向垂直平面指向纸里的匀强磁场。一个质量,电量带正电的微粒,在平面内做匀速直线运动,运动到原点时,撒去磁场,经一段时间后,带电微粒运动到了轴上的点。求:

(1)点到原点的距离;

(2)带电微粒由原点运动到点的时间。

正确答案

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知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
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简答题 · 12 分

16.在如图所示的直角坐标系中,第四象限内有互相正交的匀强电场E与匀强磁场B1,一质量m=1×10-14kg.电荷量q=1×10-10C的带正电微粒以某一速度v沿与y轴正方向60°角从M点沿直线运动,M点的坐标为(0,-10),E的大小为0.5×103V/m,B1大小为0.5 T;粒子从x轴上的P点进入第一象限内,第一象限的某个矩形区域内,有方向垂直纸面向里的匀强磁场B2,一段时间后,粒子经过y轴上的N点并与y轴正方向成60°角的方向飞出,N点的坐标为(0,30),不计粒子重力,g取10m/s2

(1)请分析判断匀强电场E的方向并求出微粒的运动速度v;

(2)粒子在磁场B2中运动的最长时间为多少?运动最长时间情况下的匀强磁场B2的大小是多少?

(3)若B2=T,则矩形磁场区域的最小面积为多少?

正确答案

(1)103 m/s

(2)0.866T

(3)2.89×10-3m2

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 20 分

11.如图所示的平面直角坐标系中,虚线OM与x轴成45°角,在OM与x轴之间(包括x轴)存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在y轴与OM之间存在竖直向下、电场强度大小为E的匀强电场,有一个质量为m,电荷量为q的带正电的粒子以某速度沿x轴正方向从O点射入磁场区域并发生偏转,不计带电粒子的重力和空气阻力,在带电粒子进入磁场到第二次离开电场的过程中,求:

  

  (1)若带电粒子从O点以速度v1进入磁场区域,求带电粒子第一次离开磁场的位置到O点的距离。

  (2)若带电粒子第二次离开电场时恰好经过O点,求粒子最初进入磁场时速度v的大小,并讨论当v变化时,粒子第二次离开电场时的速度大小与v大小的关系。

正确答案

(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有

   ①

解得  ②

设粒子从N点离开磁场,如图所示,由几何知识可知

ON=     ③

联立②③两式解得:     ④

(2)粒子第二次离开磁场后在电场中做类平抛运动,若粒子第二次刚好从O点离开电场,则:

水平位移    ⑤

解得:  ⑥

竖直位移    

   ⑧

联立⑥⑦⑧式并解得    ⑨

①若,则粒子从y轴离开电场,水平位移

       ⑩

              ⑪

则粒子离开电场时的速度   ⑫

②若,则粒子从OM边界离开电场,粒子在x、y方向的位移大小相等

x=vt       ⑬

         ⑭

则粒子离开电场时的速度          ⑮

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带电粒子在混合场中的运动
1
题型: 单选题
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单选题 · 6 分

18.如图所示,空间存在足够大、正交的匀强电、磁场,电场强度为E、方向竖直向下,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里。从电、磁场中某点P由静止释放一个质量为m、带电量为+q的粒子(粒子受到的重力忽略不计),其运动轨迹如图虚线所示。对于带电粒子在电、磁场中下落的最大高度H,下面给出了四个表达式,用你已有的知识计算可能会有困难,但你可以用学过的知识对下面的四个选项做出判断。你认为正确的是(    )

A

B

C

D

正确答案

B

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

23.如图所示,长为L的平行金属板M、N水平放置,两板之间的距离为d,两板间有水平方向的匀强磁场,磁感应强度为B,一个带正电的质点,沿水平方向从两板的正中央垂直于磁场方向进入两板之间,重力加速度为g。

          

(1)若M板接直流电源正极,N板接负极,电源电压恒为U,带电质点以恒定的速度v匀速通过两板之间的复合场(电场、磁场和重力场),求带电质点的电量与质量的比值。

        

(2)若M、N接如图所示的交变电流(M板电势高时U为正),L=0.5m,d=0.4m,B=0.1T,质量为m=1×10-4kg带电量为q=2×10-2C的带正电质点以水平速度v=1m/s,从t=0时刻开始进入复合场(g=10m/s2

a.定性画出质点的运动轨迹

b.求质点在复合场中的运动时间

正确答案

(1) E=U/d

F=qE;F=Bqv

由匀速:Bqv=qE+mg

得:q/m=g/(Bv-E)

(2)

a.

b.运动时间:t=L/v+2πm/Bq

t=0.814s

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带电粒子在混合场中的运动
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题型:简答题
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简答题 · 12 分

23.如图所示,地面上方竖直界面N左侧空间存在着水平的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2.0 T。与N平行的竖直界面M左侧存在竖直向下的匀强电场,电场强度E1=100N/C。在界面M与N之间还同时存在着水平向左的匀强电场,电场强度E2=200N/C。在紧靠界面M处有一个固定在水平地面上的竖直绝缘支架,支架上表面光滑,支架上放有质量m2=1.8×10-4kg的带正电的小物体b(可视为质点),电荷量q2=1.0×10-5 C。一个质量为m1=1.8×10-4 kg,电荷量为q1=3.0×10-5 C的带负电小物体(可视为质点)a以水平速度v0射入场区,沿直线运动并与小物体b相碰,a、b两个小物体碰后粘合在一起成小物体c,进入界面M右侧的场区,并从场区右边界N射出,落到地面上的Q点(图中未画出)。已知支架顶端距地面的高度h=1.0 m,M和N两个界面的距离L=0.10 m, g取10m/s2

求:

(1)小球a水平运动的速率。

(2)物体c刚进入M右侧的场区时的加速度。

(3)物体c落到Q点时的动能。

正确答案

解(1)a向b运动过程中受向下的重力,向上的电场力和向下的洛仑兹力。小球a的直线运动必为匀速直线运动,a受力平衡,因此有

q1E1-q1v0B-m1g=0

解得v0=20m/s

(2)二球相碰动量守恒       解得

物体c所受洛仑兹力,方向向下

物体c在M有场区受电场力F2=(q1-q2)E2=4×10-3N,方向向右

物体c受到的重力G=(m1+m2)g=3.6×10-3N,方向向下

物体c受到的合力F=

物体c的加速度a=m/s2

设合力的方向与水平方向的夹角为θ,则tanθ==1,解得θ=45º,

加速度指向右下方与水平方向成45º角。

(3)物体c通过界面M后的飞行过程中电场力和重力都对它做正功。

设物体c落到Q点时的速率为,由动能定理

(m1+m2)gh+(q1-q2)E2L=

解得  

解析

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带电粒子在混合场中的运动
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