- 带电粒子在混合场中的运动
- 共247题
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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知识点
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
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
则 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
由 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
解析
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知识点
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)
解析
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知识点
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( )
正确答案
解析
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知识点
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
解析
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知识点
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( )
正确答案
解析
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知识点
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=
得
(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.
解析
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知识点
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( )
正确答案
解析
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知识点
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( )
正确答案
解析
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知识点
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