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题型:简答题
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简答题 · 18 分

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

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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 · 20 分

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

  

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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,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(   )

A粒子在ab区域中做匀变速运动,运动时间为

B粒子在bc区域中做匀速圆周运动,圆周半径r=d

C粒子在bc区域中做匀速直线运动,运动时间为

D粒子在ab、bc区域中运动的总时间为

正确答案

A,D

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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

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   

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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,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(     )

AP和M离开电场区域时的动能相同

BP和M在电场中运动时的加速度之比为1∶3

CP在磁场中运动的半径较大

DM在磁场中运动的周期较大

正确答案

B,C

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知识点

带电粒子在混合场中的运动
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