- 带电粒子在混合场中的运动
- 共247题
25.如图所示,等腰直角三角形ABC区域内有磁感应强度大小为B,方向垂直纸面匈里的匀强磁场,AB边水平。磁场下方有一方向水平向右的匀强电场。现有一质量为m电量为q的负离子(重力不计),以速度v0沿图中虚线垂直电场且正对三角形ABC的顶点C射入,穿过电场区域后,负离子从AB边进入磁场,又从AB边射出。已知AB=,电场宽度L=
求:
(1)负离子在AB边上入射点与出射点的距离;
(2)保持电场宽度L不变,调整电场上边界与磁场边界AB间的距离及电场强度的大小,使负离子在磁场中运动的时间最长,则此时电场强度E多大?
正确答案
解析
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知识点
25.如图所示,两块足够大的平行金属板a、b竖直放置,板间有场强为E的匀强电场,两板距离为d,今有一带正电微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入板间,当它飞到b板时,速度大小不变,而方向变为水平方向,且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域,bc区域的宽度也为d,所加电场大小为E,方向竖直向上,磁感应强度,方向垂直纸面向里。求:
(1)微粒的带电量q;
(2)微粒穿出bc区域的位置到a板下边缘的竖直距离L(用d表示);
(3)微粒在ab、bc区域中运动的总时间t(用d、v0表示)。
正确答案
(1)微粒在电场中受水平向右的电场力和竖直向下的重力,其运动分解为水平和竖直的匀变速运动,水平方向加速度 ,
(2)微粒进入bc区域中由于电场力与重力平衡,微粒在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动,
得圆周半径r=2d, 微粒刚进入bc时洛伦兹力方向向上,逆时针偏转。如图示
设圆心角为θ,由几何关系得
微粒穿出bc区域的位置到a板下边缘的竖直距离
(3)微粒在电场中的运动时间为,
磁场中运动时间,
在ab、bc区域中运动的总时间为
解析
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知识点
25.如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的且宽度相等均为d,电场方向在纸平面内,而磁场方向垂直纸面向里,一带正电粒子从O点以速度V0沿垂直电场方向进入电场,在电场力的作用下发生偏转,从A点离开电场进入磁场,离开电场时带电粒子在电场方向的位移为电场宽度的一半,当粒子从C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,(带电粒子重力不计)求:
(1)粒子从C点穿出磁场时的速度v;
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值E/B;
(3)粒子在电、磁场中运动的总时间。
正确答案
(1)粒子在电场中偏转:在垂直电场方向,平行电场分量
得
粒子在磁场中做匀速圆周运动,故穿出磁场速度
(2)在电场中运动时
得
在磁场中运动可知
运动方向改变45°,运动半径R、
得
(3)粒子在磁场中运动时间
运动总时间t总=t+t’=
解析
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知识点
25.如图所示,真空中有一半径r=0.5m的圆形磁场区域,圆与x轴相切于坐标原点O,磁场的磁感应强度大小B=2 ×l0-3T,方向水平向里,在x1=0. 5m与x2=l.0m区域内有一个方向竖直向下的匀强电场,电场强度E=2.0×l03N/C。在x=2.0m处有竖直放置的一足够大的荧光屏。现将比荷为=1×l09C/kg的带负电粒子从O点处射入磁场,不计粒子所受重力。(sln37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)若粒子沿y轴正方向射入,恰能从磁场与电场的相切处进入电场,求粒子最后到达荧光屏上位置的y坐标。
(2)若粒子以(1)问中相同速率从O点与y轴成37°角射入第二象限,求粒子到达荧光屏上位置的y坐标。
正确答案
答案:
解析
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知识点
22.在竖直平面内存在着互相垂直的水平匀强电场和水平匀强磁场。该场中有一长为L的绝缘硬直板AC,与水平方向成角,如图所示。质量为m的带电物块(可视为质点),从板的A端由静止开始下滑,到达C端时物块对板面恰无压力,物块与板之间的动摩擦因数为
。在物块离开C端的同时撤去磁场,物块离开板后能运动到C端正下方高度差为
的P点,过P点时的速度为
,(重力加速度为g)求:
(1)物块从C点到P点电势能的改变量;
(2)物块过C端时的速度大小;
(3)在电场强度与磁感应强度比值为条件下,物块从A到C过程中克服摩擦力做的功。
正确答案
(1)因为CP与电场线垂直,即CP是等势线,所以从C到P过程中电势能的改变量为0。
(2)小物块从离开C端到过P点过程,
由动能定理:
得:小物块过C端时的瞬时速度大小为
(3)由于离开C端后,在电场力和重力的作用下能运动到P点,所以粒子带负电。
小物块刚到达C端时,依题意受力分析如图, 由于恰无压力,有
解得
设小物块从A点运动到C端过程中,克服摩擦力做功为,则由动能定理有
解得小物块从A点运动到C端过程克服摩擦力做的功为
解析
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知识点
25.如图所示,虚线圆表示磁场和电场的圆柱形理想边界,其半径为,圆内存在磁感应强度大小为
的平行于边界向里的匀强磁场,圆外存在垂直于边界向外的辐向静电场,现在边界面上的
点有一带电量大小为
、质量为
的粒子,不计重力,以垂直于边界指向圆心方向的初速度
射入磁场中.粒子离开
点后第5次经过边界时正好过
点,在该过程中,求:
(1)粒子离开点时的初速度大小.
(2)粒子在磁场中运动的时间.
正确答案
解析
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知识点
25.如图所示,在平面直角坐标系的第一象限虚线左侧有方向沿y轴负方向的有界匀强电场,电场强度大小为E,第三象限内充满着垂直坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。在电场区域内有一动点P,当质量为m电量为q的带正电粒子从P点沿x轴负方向以大小为的初速度开始运动,粒子能从O点离开电场进入磁场。(不计粒子重力)
(1)求P点的坐标x,y满足的关系;
(2)若当P点位于电场的右边界时,粒子运动到O点的速度大小为2。求第三象限内粒子可能经过的区域的面积。
正确答案
(1) 粒子在x轴方向上作匀速运动,y轴方向上作匀加速运动,设P点坐标为(x,y),粒子的运动时间为t,加速度为a
在x方向有: x=υ0t ①
在y方向有: y= ②
③
由①②③式可得:
(2)
从O点进入电荷圆周运动半径R1
从P点进入电荷圆周运动半径R2
可能经过的区域的面积=(
)
解析
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知识点
16.如图14所示空间分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三个足够长的区域,各边界面相互平行。其中Ⅰ、Ⅱ区域存在匀强电场:V/m,方向垂直边界面竖直向上;EⅡ =
V/m,方向水平向右,Ⅲ区域磁感应强度B=5.0T,方向垂直纸面向里。三个区域宽度分别为d1=5.0m、d2=4.0m、d3=10m。一质量m=1.0×10-8kg、电荷量q = 1.6×10-6C 的粒子从O点由静止释放,粒子重力忽略不计。求:
(1)粒子离开区域Ⅰ时的速度;
(2)粒子从区域Ⅱ进入区域Ⅲ时的速度方向与边界面的夹角;
(3)粒子在Ⅲ区域中运动的时间和离开Ⅲ区域时的速度方向与边界面的夹角。
正确答案
(1)由动能定理得:
①
得: ②
(2)粒子在区域II做类平抛运动。水平向右为y轴,竖直向上为x轴.设粒子进入区域III时速度与边界的夹角为θ
(3)粒子进入磁场时的速度 ⑧
粒子在磁场中运动的半径
粒子进入磁场区域运动轨迹如图所示,
由于
所以粒子离开磁场时速度方向与边界的夹角
粒子在磁场中运动的周期
粒子在磁场中运动的时间
解析
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知识点
14.如图所示,两块很大的平行导体板MN、PQ产生竖直向上的匀强电场,两平行导体板与一半径为r的单匝线圈连接,在线圈内有一方向垂直线圈平面向里,磁感应强度变化率为的匀强磁场B1。在两导体板之间还存在有理想边界的匀强磁场,匀强磁场分为Ⅰ、Ⅱ两个区域,其边界为MN、ST、PQ,磁感应强度大小均为B2,方向如图所示,Ⅰ区域高度为d1,Ⅱ区域的高度为d2。一个质量为m、电量为q的带正电的小球从MN板上方的O点由静止开始下落,穿过MN板的小孔进入复合场后,恰能做匀速圆周运动,Ⅱ区域的高度d2足够大,带电小球在运动中不会与PQ板相碰,重力加速度为g。
(1)求线圈内匀强磁场的磁感应强度变化率;
(2)若带电小球运动后恰能回到O点,求带电小球释放时距MN的高度h。
正确答案
(1)带电小球进入复合场后恰能做匀速圆周运动,则电场力与重力平衡,得
(1)
(2)只有小球从进入磁场的位置离开磁场,做竖直上抛运动,才能恰好回到O点,由于两个磁场区的磁感应强度大小都相等,所以半径都为R,由图可知△O1O2O3是等边三角形。
解析
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知识点
17.如图所示,在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里,一带是粒子以某一速度沿水平直线通过两极板,若不计重力,下列四个物理量中哪一个改变时,粒子运动轨迹不会改变( )
正确答案
解析
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知识点
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