- 带电粒子在混合场中的运动
- 共247题
25.如图甲所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场分为Ⅰ、Ⅱ两个区域,其边界为MN、PQ,磁感应强度大小均为B,方向如图所示,Ⅰ区域高度为d,Ⅱ区域的高度足够大.一个质量为m、电量为q的带正电的小球从磁场上方的O点由静止开始下落,进入电、磁复合场后,恰能做匀速圆周运动。
(1)求电场强度E的大小;
(2)若带电小球运动一段时间后恰能回到O点,求带电小球释放时距MN的高度h;
(3)若带电小球从距MN的高度为3h的O'点由静止开始下落,为使带电小球运动一段时间后仍能回到O'点,需将磁场Ⅱ向下移动一定距离(如图乙所示),求磁场Ⅱ向下移动的距离y及小球从O'点释放到第一次回到O'点的运动时间T。
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
25.如图所示,在xoy平面内的第三象限中有沿-y方向的匀强电场,场强大小为E。在第一和第二象限有匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直于直角坐标平面向里。今有一个质量为m、电荷量为e的电子,从y轴的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场(不计电子所受重力)。经电场偏转后,沿着与x轴负方向成45°进入磁场,并能返回到原出发点P。
(1)简要说明电子的运动情况,并画出电子运动轨迹的示意图;
(2)求P点距坐标原点的距离;
(3)电子从P点出发经多长时间再次返回P点?
正确答案
(1)电子运动轨迹示意图如图所示。进入电场从P到A做匀变速曲线运动(类平抛运动);进入磁场从A到C再到D,做匀速圆周运动;离开磁场从D回到P做匀速直线运动。
(2)电子通过A点时速度大小为
电子由P运动到A,由动能定理得
解得
(3)设电子从P运动到A用时间为t1
电子在匀强磁场中作圆运动从A运动到D,洛仑兹力提供向心力
电子在匀强磁场中运动周期为
依题意和电子运动轨迹示意图可知,电子在磁场中运动的时间为t2
电子从D匀速运动到P用时间为t3
总时间为
解析
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知识点
21.如图,一正方形盒子处于竖直向上匀强磁场中,盒子边长为L,前后面为金属板,其余四面均为绝缘材料,在盒左面正中间和底面上各有一小孔(孔大小相对底面大小可忽略),底面小孔位置可在底面中线MN间移动,现有一些带-Q电量的液滴从左侧小孔以某速度进入盒内,由于磁场力作用,这些液滴会偏向金属板,从而在前后两面间产生电压,(液滴落在底部绝缘面或右侧绝缘面时仍将向前后金属板运动,带电液滴达金属板后将电量传给金属板后被引流出盒子),当电压达稳定后,移动底部小孔位置,若液滴速度在某一范围内时,可使得液滴恰好能从底面小孔出去,现可根据底面小孔到M点的距离d计算出稳定电压的大小,若已知磁场磁感强度为B,则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
25.如图所示,s为一电子发射枪,可以连续发射电子束,发射出来的电子初速度可视为0,电子经过平行板A、B之间的加速电场加速后,从o点沿x轴正方向进入xoy平面内,在第一象限内沿x、y轴各放一块平面荧光屏,两屏的交点为o,已知在y>0、0<x<a的范围内有垂直纸面向外的匀强磁场,在y>0、x>a的区域有垂直纸面向里的匀强磁场,大小均为B。已知给平行板AB提供直流电压的电源E可以给平行板AB提供0~U之间的各类数值的电压,现调节电源E的输出电压,从0调到最大值的过程中发现当AB间的电压为时,x轴上开始出现荧光。(不计电子的重力)试求:
(1)当电源输出电压调至和U时,进入磁场的电子运动半径之比r1:r2
(2)两荧光屏上的发光亮线的范围。
正确答案
答案已在路上飞奔,马上就到!
解析
(1)设电子的质量为m,电量为q,经过和U的电压加速后速度分别为v1和v2
,根据动能定理和牛顿第二定律有:
(2)由题意可知经加速电压为加速的电子打在y轴最高点此时r1=a:
y轴上的发光范围为:0<y≤2a
当加速电压调至后,越过磁场边界的电子与边界线相切打在x轴的x=2a处。
当加速电压调至最大值U时,此时飞出的电子打在x轴最远处,此时运动半径
由数学知识可知,
故,O2 恰好打在x轴上,所以电子垂直打在x轴上:故
故在x轴上的发光范围:
知识点
21.如图,竖直放置的两块很大的平行金属板a、b,相距为d,ab间的电场强度为E,今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场,当它飞到b板时,速度大小不变,而方向变成水平方向,且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域,bc宽度也为d,所加电场大小为E,方向竖直向上;磁感应强度方向垂直于纸面向里,磁感应强度大小等于 ,重力加速度为g,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
26.如图所示,一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=+1.0×10-5C,从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中,微粒射出电场时的偏转角θ=30º,并接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6cm的匀强磁场区域。已知偏转电场中金属板长L=20cm,两板间距d=17.3cm,重力忽略不计。求:
(1)带电微粒进入偏转电场时的速率V1;
(2)偏转电场中两金属板间的电压U2;
(3)为使带电微粒不会由磁场右边射出,该匀强磁场的磁感应强度B至少多大?
正确答案
(1)带电微粒经加速电场加速后速度为,根据动能定理有:
(2)带电微粒在偏转电场中只受电场力作用,做类平抛运动。
在水平方向微粒做匀速直线运动,水平方向
带电微粒在竖直方向做匀加速直线运动,加速度为a,出电场时竖直方向速度为
竖直方向:
由几何关系
(3)带电微粒进入磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,微粒轨道刚好与磁场右边界相切,设轨道半径为R,由几何关系知:
设微粒进入磁场时的速度为,则
由牛顿运动定律及运动学规律
得
若带电粒子不射出磁场,磁感应强度B至少为0.1T
解析
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知识点
25.如图所示,在xoy平面直角坐标系的第一象限有射线OA,OA与x轴正方向夹角为30°,OA与y轴所夹区域内有沿y轴负方向的匀强电场E1,第二象限存在水平向右的匀强电场E2,其它区域存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场。有一质量为m、电量为q的带正电粒子,从y轴上的P点沿着x轴正方向以初速度v0射入电场,运动一段时间后经过Q点垂直于射线OA进入磁场,经磁场垂直x轴进入偏转电场E2,过y轴正半轴上的P点再次进入匀强电场E1,已知OP=h,不计粒子重力,求:
(1)粒子经过Q点时的速度大小;
(2)匀强电场电场强度E1的大小;
(3)粒子从Q点运动到P点所用的时间。
正确答案
(1)设粒子在Q的速度为V,则V·sin30°=V0
有:V=2V0
(2)在电场E1中,对粒子有:
粒子的加速度:
得:
(3)粒子以O为圆心作匀速圆周运动
在磁场中运动时间:
在电场E2中运动时间:
Q点运动到P点的时间:
解析
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知识点
21.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( )
正确答案
解析
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知识点
25.如图所示,PQ是两块平行金属板,上极板接电源正极,两极板之间的电压为U=1.2×104V,一群带负电粒子不停的通过P极板的小孔以速度垂直金属板飞入,通过Q极板上的小孔后,垂直AC边的中点O进入边界为等腰直角三角形的匀强磁场中,磁感应强度为B=1.0T,边界AC的长度为a=1.6m,粒子比荷
。不计粒子的重力。
(1)粒子进入磁场时的速度大小是多少;
(2)粒子在磁场中运动的时间;打在什么位置?
(3)若在两极板间加一正弦交变电压(V),则这群粒子可能从磁场边界的哪些区域飞出?并求出这些区域。(每个粒子在电场中运动时,可认为电压是不变的)
正确答案
解析
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知识点
21.如图,初速度可忽略、质量相同、电量分别为q和3q的粒子P和M,经电压为U的电场加速后,垂直进入方向垂直纸面向里的匀强磁场区域,不计粒子重力,下列正确的是( )
正确答案
解析
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知识点
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