带电粒子在复合场中运动的经典例题解析

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带电粒子在复合场中的运动(含详细解析过程)

带电粒子在复合场中的运动(含详细解析过程)

带电粒子在复合场中的运动1、如图所示,在y > 0的空间中存在匀强电场,场强沿y 轴负方向;在y < 0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy 平面(纸面)向外.一电量为q 、质量为m 的带正电的运动粒子,经过y 轴上y = h 处的点P1时速率为v0,方向沿x 轴正方向,然后经过x 轴上x = 2h 处的P2点进入磁场,并经过y 轴上y = – 2h 处的P3点.不计粒子的重力,求 (1)电场强度的大小;(2)粒子到达P2时速度的大小和方向; (3)磁感应强度的大小. 2、如图所示的区域中,第二象限为垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B ,第一、第四象限是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向如图。

一个质量为m ,电荷量为+q 的带电粒子从P 孔以初速度v0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中,初速度方向与边界线的夹角θ=30°,粒子恰好从y 轴上的C孔垂直于匀强电场射入匀强电场,经过x 轴的Q 点,已知OQ=OP ,不计粒子的重力,求:(1)粒子从P 运动到C 所用的时间t ; (2)电场强度E 的大小;(3)粒子到达Q 点的动能Ek 。

3、如图所示,半径分别为a 、b 的两同心虚线圆所围空间分别存在电场和磁场,中心O 处固定一个半径很小(可忽略)的金属球,在小圆空间内存在沿半径向内的辐向电场,小圆周与金属球间电势差为U ,两圆之间的空间存在垂直于纸面向里的匀强磁场,设有一个带负电的粒子从金属球表面沿+x 轴方向以很小的初速度逸出,粒子质量为m ,电量为q ,(不计粒子重力,忽略粒子初速度)求:(1)粒子到达小圆周上时的速度为多大?(2)粒子以(1)中的速度进入两圆间的磁场中,当磁感应强度超过某一临界值时,粒子将不能到达大圆周,求此最小值B 。

(3)若磁感应强度取(2)中最小值,且b =(2+1)a ,要粒子恰好第一次沿逸出方向的反方向回到原出发点,粒子需经过多少次回旋?并求粒子在磁场中运动的时间。

高考复习(物理)专项练习:带电粒子在复合场中的运动【含答案及解析】

高考复习(物理)专项练习:带电粒子在复合场中的运动【含答案及解析】

专题分层突破练9带电粒子在复合场中的运动A组1.(2021湖南邵阳高三一模)如图所示,有一混合正离子束从静止通过同一加速电场后,进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域Ⅰ。

如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,不计离子的重力,则说明这些正离子在区域Ⅰ中运动时一定相同的物理量是()A.动能B.质量C.电荷D.比荷2.(多选)(2021辽宁高三一模)劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器如图所示,真空中的两个D形金属盒间留有平行的狭缝,粒子通过狭缝的时间可忽略。

匀强磁场与盒面垂直,加速器接在交流电源上,A处粒子源产生的质子可在盒间被正常加速。

下列说法正确的是()A.虽然逐渐被加速,质子每运动半周的时间不变B.只增大交流电压,质子在盒中运行总时间变短C.只增大磁感应强度,仍可能使质子被正常加速D.只增大交流电压,质子可获得更大的出口速度3.(2021四川成都高三二模)如图所示,在第一、第四象限的y≤0.8 m区域内存在沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=4×103 N/C;在第一象限的0.8 m<y≤1.0 m区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场。

一个质量m=1×10-10 kg、电荷量q=1×10-6 C的带正电粒子,以v0=6×103 m/s的速率从坐标原点O沿x轴正方向进入电场。

不计粒子的重力。

(1)求粒子第一次离开电场时的速度。

(2)为使粒子能再次进入电场,求磁感应强度B的最小值。

4.(2021河南高三二模)如图所示,在平面直角坐标系xOy内有一直角三角形,其顶点坐标分别为d),(d,0),三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,x轴下方有沿(0,0),(0,√33着y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E。

一质量为m、电荷量为-q的粒子从y轴上的某点M 由静止释放,粒子第一次进入磁场后恰好不能从直角三角形的斜边射出,不计粒子重力。

(1)求M点到O点的距离。

高中物理带电粒子在复合场中的运动试题经典及解析

高中物理带电粒子在复合场中的运动试题经典及解析

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练1.在xOy平面的第一象限有一匀强电磁,电场的方向平行于y轴向下,在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强电场,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里,有一质量为m,带有电荷量+q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场,质点到达x轴上A点,速度方向与x 轴的夹角为φ,A点与原点O的距离为d,接着,质点进入磁场,并垂直与OC飞离磁场,不计重力影响,若OC与x轴的夹角为φ.求:⑴粒子在磁场中运动速度的大小;⑵匀强电场的场强大小.【来源】带电粒子在复合场中的运动计算题【答案】(1) (2)【解析】【分析】【详解】试题分析:(1)由几何关系得:R=dsinφ由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得解得:(2)质点在电场中的运动为类平抛运动.设质点射入电场的速度为v0,在电场中的加速度为a,运动时间为t,则有:v 0=vcosφ vsinφ=at d=v 0t设电场强度的大小为E ,由牛顿第二定律得 qE=ma 解得:2.如图所示,两条竖直长虚线所夹的区域被线段MN 分为上、下两部分,上部分的电场方向竖直向上,下部分的电场方向竖直向下,两电场均为匀强电场且电场强度大小相同。

挡板PQ 垂直MN 放置,挡板的中点置于N 点。

在挡板的右侧区域存在垂直纸面向外的匀强磁场。

在左侧虚线上紧靠M 的上方取点A ,一比荷qm=5×105C/kg 的带正电粒子,从A 点以v 0=2×103m/s 的速度沿平行MN 方向射入电场,该粒子恰好从P 点离开电场,经过磁场的作用后恰好从Q 点回到电场。

已知MN 、PQ 的长度均为L=0.5m ,不考虑重力对带电粒子的影响,不考虑相对论效应。

(1)求电场强度E 的大小; (2)求磁感应强度B 的大小;(3)在左侧虚线上M 点的下方取一点C ,且CM=0.5m ,带负电的粒子从C 点沿平行MN 方向射入电场,该带负电粒子与上述带正电粒子除电性相反外其他都相同。

带电粒子在复合场中的运动问题剖析

带电粒子在复合场中的运动问题剖析

GUANG DONG JIAO YU GAO ZHONG带电粒子在复合场中的运动问题剖析■甘肃省院南市武都实验中学田长军带电粒子在复合场中的运动问题综合了洛伦兹力、牛顿运动定律、匀速圆周运动、能量观点等重点知识,同时对数学运算能力、空间想象能力、作图能力都有较高要求,是高考命题的热点和重点。

近年来,高考对带电粒子在复合场中的运动问题考查比较频繁,一般为计算题和选择题,难度较大,综合性较强,预计该考点仍为今后高考考查的热点。

笔者对近年来全国卷高考真题进行了研究,总结了带电粒子在复合场中运动问题的命题规律,并给出了典型预测题及相应的备考策略,希望对同学们备考有所帮助。

―、近年全国卷真题命题规律年份试卷题号题型考向难度2020全国卷n17单选题电场与磁场的组合中2019全国卷I24计算题电场与磁场的组合中全国卷m18单选题磁场与磁场的组合中全国卷皿24计算题重力场和电场的叠加中2018全国卷I25计算题电场与磁场的组合难全国卷n25计算题电场与磁场的组合难全国卷in24计算题电场与磁场的组合中2017全国卷I16单选题重力场、电场和磁场的叠加易全国卷n25计算题重力场和电场的叠加难全国卷in24计算题磁场与磁场的组合中2016全国卷I15单选题电场与磁场的组合易根据上表分析,近年来全国卷对此类问题命题有以下规律:1. 考查题型:考查题型有单选题和压轴计算题,预计今 后仍然以电场和磁场的组合为高频考点,出现压轴多选题的可能性也较大。

2. 考向:非常热的考向是带电粒子在组合场中的运动,电场与磁场的组合是高频考点;较热的考向是带电粒子在叠加场中的运动。

预计今后仍以考查组合场和叠加场为主,不排除考査交变场的可能。

还有可能将复合场问题与图像问题、临界问题、最值问题与现代科技综合考査。

3. 难度:因本考点与力学知识的综合,使考题的难度较 大,常以中等题或难题形式出现。

4. 考查的物理核心素养主要为:物理观念和科学思维。

带电粒子在复合场中的运动典型例题解析

带电粒子在复合场中的运动典型例题解析

带电粒子在复合场中的运动·典型例题解析【例1】一带电量为+q、质量为m的小球从倾角为θ的光滑的斜面上由静止开始下滑.斜面处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向如图16-83所示,求小球在斜面上滑行的速度范围和滑行的最大距离.【例2】空气电离后形成正负离子数相等、电性相反、呈现中性状态的等离子体,现有如图16-84所示的装置:P和Q为一对平行金属板,两板距离为d,内有磁感应强度为B的匀强磁场.此装置叫磁流体发电机.设等离子体垂直进入磁场,速度为v,电量为q,气体通过的横截面积(即PQ两板正对空间的横截面积)为S,等效内阻为r,负载电阻为R,求(1)磁流体发电机的电动势ε;(2)磁流体发电机的总功率P.【例3】如图16-85所示,在x轴上方有水平向左的匀强电场,电场强度为E,在x轴下方有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.正离子从M 点垂直磁场方向,以速度v射入磁场区域,从N点以垂直于x轴的方向进入电场区域,然后到达y轴上P点,若OP=ON,则入射速度应多大?若正离子在磁场中运动时间为t1,在电场中运动时间为t2,则t1∶t2多大?【例4】如图16-86所示,套在很长的绝缘直棒上的小球,其质量为m、带电量是+q,小球可在棒上滑动,将此棒竖直放在互相垂直,且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度是E,磁感强度是B,小球与棒的摩擦系数为μ,求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度.(设小球带电量不变)跟踪反馈1.如图16-87所示,一质量为m的带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中(电场竖直向下,磁场在水平方向)的竖直平面内作半径为R的匀速圆周运动,则这个液滴[ ] A.一定带正电,而且沿逆时针方向运动B.一定带负电,而且沿顺时针方向运动C.一定带负电,但绕行方向不能确定D.不能确定带电性质,也不能确定绕行方向2.图16-88中虚线所围的区域内,存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.已知从左方P点处以v水平射入的电子,穿过此区域未发生偏转,设重力可忽略不计,则在这区域中的E和B的方向可能是[ ] A.E和B都沿水平方向,并与v方向相同B.E和B都沿水平方向,并与v方向相反C.E竖直向上,B垂直纸面向外D.E竖直向上,B垂直纸面向里3.如图16-89所示,光滑的半圆形绝缘曲面半径为R,有一质量为m,带电量为q的带正电小球从与圆心等高的A位置由静止沿曲面下滑,整个装置处于匀强电场和匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,电场强度为E=mg/q.则小球第二次经过最低点时对曲面的压力为多大?4.如图16-90所示,相互垂直的匀强电场和匀强磁场,其电场强度和磁感应强度分别为E 和B ,一个质量为m ,带正电量为q 的油滴,以水平速度v 0从a 点射入,经一段时间后运动到b ,试计算(1)油滴刚进入叠加场a 点时的加速度.(2)若到达b 点时,偏离入射方向的距离为d ,此时速度大小为多大?参考答案[]1 B 2ABC 36mg 2Bq Rg 4跟踪反馈...-.①-+②+a Bqv mg Eq m v v Eq mg dm==+00202()()。

重难点08 带电粒子在复合场中的运动(解析版)

重难点08 带电粒子在复合场中的运动(解析版)

2022年高考物理【热点·重点·难点】专练(全国通用)重难点08 带电粒子在复合场中的运动【知识梳理】考点带电粒子在组合场中的运动1.带电粒子在组合场中的运动是力电综合的重点和高考热点.这类问题的特点是电场、磁场或重力场依次出现,包含空间上先后出现和时间上先后出现,磁场或电场与无场区交替出现相组合的场等.其运动形式包含匀速直线运动、匀变速直线运动、类平抛运动、圆周运动等,涉及牛顿运动定律、功能关系等知识的应用.复习指导:1.理解掌握带电粒子的电偏转和磁偏转的条件、运动性质,会应用牛顿运动定律进行分析研究,掌握研究带电粒子的电偏转和磁偏转的方法,能够熟练处理类平抛运动和圆周运动.2.学会按照时间先后或空间先后顺序对运动进行分析,分析运动速度的承前启后关联、空间位置的距离关系、运动时间的分配组合等信息将各个运动联系起来.2.解题时要弄清楚场的性质、场的方向、强弱、范围等.3.要进行正确的受力分析,确定带电粒子的运动状态.4.分析带电粒子的运动过程,画出运动轨迹是解题的关键【重点归纳】1、求解带电粒子在组合复合场中运动问题的分析方法(1)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析.(2)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合.(3)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理.(4)画出粒子运动轨迹,灵活选择不同的运动规律.2、带电粒子在复合场中运动的应用实例(1)质谱仪(2)回旋加速器(3)速度选择器(4)磁流体发电机(5)电磁流量计工作原理【限时检测】(建议用时:30分钟)一、单选题1.如图所示,两个平行金属板水平放置,要使一个电荷量为-q、质量为m的微粒,以速度v沿两板中心轴线S1S2向右运动,可在两板间施加匀强电场或匀强磁场。

设电场强度为E,磁感应强度为B,不计空气阻力,已知重力加速度为g。

下列选项可行的是()A.只施加垂直向里的磁场,且满足mg Bqv =B.同时施加竖直向下的电场和垂直纸面向里的磁场,且满足mg Bv Eq=+C.同时施加竖直向下的电场和水平向右的磁场,且满足mgq E=D.同时施加竖直向上的电场和垂直纸面向外的磁场,且满足mg E Bvq =+【答案】 C【解析】A.只施加垂直向里的磁场,根据左手定则,洛伦兹力竖直向下,无法跟重力平衡。

高二物理专题练习-带电粒子在复合场中的运动大题专题(详细解答)

高二物理专题练习-带电粒子在复合场中的运动大题专题(详细解答)

专题二:带电粒子在复合场中的运动(1)姓名______________1.如图所示,在x轴上方有匀强电场,场强为E;在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度为B,方向如图,在x轴上有一点M,离O点距离为L.现有一带电量为十q的粒子,使其从静止开始释放后能经过M点.如果把此粒子放在y轴上,其坐标应满足什么关系?(重力忽略不计)2.如图所示,在宽l的范围内有方向如图的匀强电场,场强为E,一带电粒子以速度v垂直于电场方向、也垂直于场区边界射入电场,不计重力,射出场区时,粒子速度方向偏转了θ角,去掉电场,改换成方向垂直纸面向外的匀强磁场,此粒子若原样射入磁场,它从场区的另一侧射出时,也偏转了θ角,求此磁场的磁感强度B.3.如图所示,在直角坐标系的第Ⅱ象限和第Ⅳ象限中的直角三角形区域内,分布着磁感应强度均为B=5.0×10-3T的匀强磁场,方向分别垂直纸面向外和向里.质量为m=6.64×10-27㎏、电荷量为q=+3.2×10-19C的α粒子(不计α粒子重力),由静止开始经加速电压为U=1205V的电场(图中未画出)加速后,从坐标点M(-4,2)处平行于x轴向右运动,并先后通过两个匀强磁场区域.(1)请你求出α粒子在磁场中的运动半径;(2)你在图中画出α粒子从直线x=-4到直线x=4之间的运动轨迹,并在图中标明轨迹与直线x=4交点的坐标;(3)求出α粒子在两个磁场区域偏转所用的总时间.专题二:带电粒子在复合场中的运动(4)姓名______________1.如图所示,竖直平面xOy 内存在水平向右的匀强电场,场强大小E=10N/c ,在y ≥0的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.5T 一带电量0.2C q =+、质量0.4kg m =的小球由长0.4m l =的细线悬挂于P 点小球可视为质点,现将小球拉至水平位置A 无初速释放,小球运动到悬点P 正下方的坐标原点O 时,悬线突然断裂,此后小球又恰好能通过O 点正下方的N 点.(g=10m /s 2),求: (1)小球运动到O 点时的速度大小;(2)悬线断裂前瞬间拉力的大小; (3)ON 间的距离2.两块平行金属板MN 、PQ 水平放置,两板间距为d 、板长为l ,在紧靠平行板右侧的正三角形区域内存在着垂直纸面的匀强磁场,三角形底边BC 与PQ 在同一水平线上,顶点A 与MN 在同一水平线上,如图所示.一个质量为m 、电量为+q 的粒子沿两板中心线以初速度v 0水平射入,若在两板间加某一恒定电压,粒子离开电场后垂直AB 边从D 点进入磁场,BD=41AB ,并垂直AC 边射出(不计粒子的重力).求: (1)两极板间电压;(2)三角形区域内磁感应强度; (3)若两板间不加电压,三角形区域内的磁场方向垂直纸面向外.要使粒子进入磁场区域后能从AB 边射出,试求所加磁场的磁感应强度最小值.专题二:带电粒子在复合场中的运动——参考答案(1)1、解析:由于此带电粒子是从静止开始释放的,要能经过M点,其起始位置只能在匀强电场区域.物理过程是:静止电荷位于匀强电场区域的y轴上,受电场力作用而加速,以速度v进入磁场,在磁场中受洛仑兹力作用作匀速圆周运动,向x轴偏转.回转半周期过x轴重新进入电场,在电场中经减速、加速后仍以原速率从距O点2R处再次超过x轴,在磁场回转半周后又从距O点4R处飞越x轴如图所示(图中电场与磁场均未画出)故有L=2R,L=2×2R,L=3×2R即 R=L/2n,(n=1、2、3……)……………①设粒子静止于y轴正半轴上,和原点距离为h,由能量守恒得mv2/2=qEh……②对粒子在磁场中只受洛仑兹力作用而作匀速圆周运动有:R=mv/qB………③解①②③式得:h=B2qL2/8n2mE (n=l、2、3……)2、解析:粒子在电场中运行的时间t= l/v;加速度 a=qE/m;它作类平抛的运动.有tgθ=at/v=qEl/mv2………①粒子在磁场中作匀速圆周运动由牛顿第二定律得:qvB=mv2/r,所以r=mv/qB 又:sinθ=l/r=lqB/mv………②由①②两式得:B=Ecosθ/v 3、解析:(1)粒子在电场中被加速,由动能定理得221mvqU=α粒子在磁场中偏转,则牛顿第二定律得rvmqvB2=联立解得2102.312051064.62005.01211927=⨯⨯⨯⨯==--qmUBr(m)(2)由几何关系可得,α粒子恰好垂直穿过分界线,故正确图象为(3)带电粒子在磁场中的运动周期qBmvrTππ22==α粒子在两个磁场中分别偏转的弧度为4π,在磁场中的运动总时间631927105.6105102.321064.614.3241----⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===qBmTtπ(s)OM2-22-4 4 x/my/m-2vBB (4,2-)(4) 1、解:(1)小球从A 运到O 的过程中,根据动能定理:212mv mgl qEl =- ① 则得小球在O 点速度为:2/s v m == ② (2)小球运到O 点绳子断裂前瞬间,对小球应用牛顿第二定律:2v F T mg f m l=-==向洛 ③f Bvq =洛 ④由③、④得:28.2mv T mg Bvq N l=++= ⑤ (3)绳断后,小球水平方向加速度25/s x F Eq a m m===电 ⑥ 小球从O 点运动至N 点所用时间0.8t s aυ∆== ⑦ON 间距离21 3.2m 2h gt == ⑧2、 解:⑴垂直AB 边进入磁场,由几何知识得:粒子离开电场时偏转角为30°∵0.v lmd qu v y =0v v tg y=θ ∴qlmdv u 332= 由几何关系得:030cos dl AB =在磁场中运动半径d l r AB 23431==∴ 121r mv qv B = ︒=30cos 0v v∴qdmv B 3401= 方向垂直纸面向里⑶当粒子刚好与BC 边相切时,磁感应强度最小,由几何知识知粒子的运动半径r 2为:42d r = ………( 2分 ) 2202r mv qv B = ∴qd mv B 024=即:磁感应强度的最小值为qdmv 0422(12分)如图所示的坐标系,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向。

带电粒子在复合场中的运动(归类解析与练习)

带电粒子在复合场中的运动(归类解析与练习)

带电粒子在复合场中的运动一 带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动(1) 圆心的确定:带电粒子垂直进入磁场后,一定做圆周运动,其速度方向一定沿圆周的切线方向,因此圆心的位置必是两速度方向垂线的交点(或某一速度方向的垂线和圆周上两点连线中垂线的交点),如图所示(2) 运动半径大小的确定:一般先作入射点、出射点对应的半径,并作出相应的辅助三角形,然后利用三角函数求解半径的大小。

(3) 运动时间的确定:首先利用周期公式T=,求出运动周期T ,然后求出粒子运动的圆弧所对应的圆心角α,其运动时间t= T 。

(4) 圆心角的确定①带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向的夹角φ叫做偏向角。

偏向角等于圆心角即φ=α。

②某段圆弧所对应的圆心角是这段圆弧弦切角的二倍,即α=2备注:只有当带电粒子以垂直于磁场方向射入匀强磁场中时,带电粒子才能做匀速圆周运动,两个条件缺一不可。

例题1 如图所示,一束电子(电荷量为e )以速度v 垂直边界射入磁感应强度为B ,宽为d 的匀强磁场中,穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角为300。

求:(1)电子的质量;(2)电子穿过磁场所用的时间。

二 “磁偏转”与“电偏转”的区别“磁偏转”和“电偏转”是分别利用磁场和电场对运动电荷施加的洛伦兹力和电场力的作用,从而控制其运动备注:磁偏转中动能不变;电偏转中由于电场力做功,动能改变(常用动能定理)。

例题2 在如图所示宽度范围内,用场强为E的匀强电场可使初速度是v0的某种带正电粒子偏转θ角.在同样宽度范围内,若改用方向垂直于纸面向外的匀强磁场,使该粒子穿过该区域,并使偏转角也为θ(不计粒子的重力),问:(1)匀强磁场的磁感应强度是多大?(2)粒子穿过电场和磁场的时间之比是多大?三质谱仪1 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具2 质谱仪的工作原理:将质量数不等、电荷数相等的不同带电粒子,经同一电场加速后再经速度选择器进入同一磁场偏转,由于粒子质量不同导致轨道半径不同而达到分离不等质量粒子的目的。

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2015年带电粒子在复合场中运动的经典例题1、(15分)如图所示,MN 、PQ 是平行金属板,板长为L ,两板间距离为d ,在PQ 板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场。

一个电荷量为q 、质量为m 的带负电粒子以速度v 0从MN 板边缘沿平行于板的方向射入两板间,结果粒子恰好从PQ 板左边缘飞进磁场,然后又恰好从PQ 板的右边缘飞进电场。

不计粒子重力。

试求: (1)两金属板间所加电压U 的大小; (2)匀强磁场的磁感应强度B 的大小;(3)在图中画出粒子再次进入电场的运动轨迹,并标出粒子再次从电场中飞出的位置与速度方向。

2.(16分)如图,在x oy 平面内,MN 和x 轴之间有平行于y 轴的匀强电场和垂直于x oy 平面的匀强磁场,y 轴上离坐标原点4 L 的A 点处有一电子枪,可以沿+x 方向射出速度为v 0的电子(质量为m ,电量为e )。

如果电场和磁场同时存在,电子将做匀速直线运动.如果撤去电场,只保留磁场,电子将从x 轴上距坐标原点3L 的C 点离开磁场.不计重力的影响,求:(1)磁感应强度B 和电场强度E 的大小和方向;(2)如果撤去磁场,只保留电场,电子将从D 点(图中未标出)离开电场,求D 点的坐标; (3)电子通过D 点时的动能。

3.(12分)如图所示,在y >0的空间中,存在沿y 轴正方向的匀强电场E ;在y <0的空间中,存在沿y 轴负方向的匀强电场,场强大小也为E ,一电子(电量为-e ,质量为m )在y 轴上的P (0,d )点以沿x 轴正方向的初速度v 0开始运动,不计电子重力,求: (1)电子第一次经过x 轴的坐标值v 0 BM NP Q m,-qLd(2)电子在y 方向上运动的周期(3)电子运动的轨迹与x 轴的各个交点中,任意两个相邻交点间的距离 (4)在图上画出电子在一个周期内的大致运动轨迹4.(16分)如图所示,一个质量为m =2.0×10-11kg ,电荷量q =+1.0×10-5C 的带电微粒(重力忽略不计),从静止开始经U =100V 电压加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中。

金属板长L =20cm ,两板间距d =103cm 。

求:⑴微粒进入偏转电场时的速度v 是多大?⑵若微粒射出电场过程的偏转角为θ=30°,并接着进入一个方向垂直与纸面向里的匀强磁场区,则两金属板间的电压U 2是多大?⑶若该匀强磁场的宽度为D =103cm ,为使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?5、如图所示,两个共轴的圆筒形金属电极,外电极接地,其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a 、b 、c 和d ,外筒的外半径为r ,在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场,磁感强度的大小为B 。

在两极间加上电压,使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。

一质量为m、带电量为+q 的粒子,从紧靠内筒且正对狭缝a 的S 点出发,初速为零。

如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S ,则两电极之间的电压U 应是多少?(不计重力,整个装置在真空中)解析:如图所示,带电粒子从S 点出发,在两筒之间的电场作用下加速,沿径向穿过狭缝a 而进入磁场区,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。

粒子再回到S 点的条件是能沿径向穿过狭缝d .只要穿过了d ,粒子就会在电场力作用下先减速,再反向加速,经d 重新进入磁场区,然后粒子以同样方式经过c 、b ,再回到S 点。

设粒子进入磁场区的速度大小为V ,根据动能定理,有Dθ B U 1 U 2v221mv qU =设粒子做匀速圆周运动的半径为R ,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律,有Rv m Bqv 2=由前面分析可知,要回到S 点,粒子从a 到d 必经过43圆周,所以半径R 必定等于筒的外半径r ,即R =r .由以上各式解得;6、核聚变反应需几百万摄氏度高温,为了把高温条件下高速运动粒子约束在小范围内(否则不可能发生核聚变),可采用磁约束的方法.如所示,环状匀强磁场围成中空区域,中空区域内的带电粒子只要速度不是很大,都不会穿出磁场的外边缘,设环形磁场的内半径R 1=0. 5 m ,外半径R 2=1m ,磁场的磁感应强度B =0. 1T ,若被约束的带电粒子的比荷q/m=4×107C/kg,中空区域内的带电粒子具有各个方向大小不同的速度,问(1)粒子沿环状半径方向射入磁场,不能穿越磁场的最大速度;(2)所有粒子不能穿越磁场的最大速度.解析根据Bqv =mv 2 /r 得r=mv/Bq ,由于B 、q/m 一定,所以v 越大,r 越大,且最大半径对应最大速度,多作几个沿环半径方向但大小不同的速度所对应的磁场中运动圆轨迹,如图(b)所示,很容易得出当圆轨迹与环形磁场外边界内切时,对应的半径是粒子射不出磁场的最大半径,对应的速度就是不能穿越磁场的最大速度,由几何知识得v 1max =1. 5× 107m/s,(2)由(1)可知沿某一方向射不出磁场的最大速度对应的圆轨迹与磁场外边界内切,再作出粒子斜向左上方和竖直方向射入磁场对应的和磁场外边界内切的圆轨迹.如图(C)所示,从而得出沿各个方向射不出磁场的最大速度不同,通过比较发现,粒子垂直环半径方向射入磁场时不能穿越磁场的最大速度v 1max 是最小的,所以若要求所有粒子均不能穿越磁场,则所有粒子的最大速度不能超过v 1max ,由数学知识可得v 1max =1.0×10 7 m/s.a bcdSo7、如图所示,在直角坐标系的第Ⅱ象限和第Ⅳ象限中的直角三角形区域内,分布着磁感应强度均为B=5.0×10-3T的匀强磁场,方向分别垂直纸面向外和向里。

质量为m=6.64×10-27㎏、电荷量为q=+3.2×10-19C的α粒子(不计α粒子重力),由静止开始经加速电压为U=1205V的电场(图中未画出)加速后,从坐标点M(-4,2)处平行于x轴向右运动,并先后通过两个匀强磁场区域。

(1)请你求出α粒子在磁场中的运动半径;(2)你在图中画出α粒子从直线x=-4到直线x=4之间的运动轨迹,并在图中标明轨迹与直线x=4交点的坐标;(3)求出α粒子在两个磁场区域偏转所用的总时间。

8、真空中有一半径为r的圆柱形匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向里,Ox为过边界上v的电子,设电子重力O点的切线,如图所示。

从O点在纸面内向各个方向发射速率均为不计且相互间的作用也忽略,且电子在磁场中的偏转半径也为r。

已知电子的电量为e,质量为m。

(1)速度方向分别与Ox方向夹角成60°和90°的电子,在磁场中的运动时间分别为多少?(2)所有从磁场边界出射的电子,速度方向有何特征?v的电子。

(3)设在某一平面内有M、N两点,由M点向平面内各个方向发射速率均为请设计一种匀强磁场分布(需作图说明),使得由M点发出的所有电子都能够汇集到N点。

•o 2 oA θ x v vθ解析:(1)当θ=60°时,v r T t 361π==;当θ=90°时,vrT t 242π== (2)如右图所示,因∠OO 2A=θ故O 2A ⊥Ox而O 2A 与电子射出的速度方向垂直,可知电子射出方向一定与Ox 轴方向平行,即所有的电子射出圆形磁场时,速度方向沿x 轴正向。

(3)上述的粒子路径是可逆的,(2)中从圆形磁场射出的这些速度相同的电子再进入一相同的匀强磁场后,一定会聚焦于同一点,磁场的分布如下图所示。

注:①四个圆的半径相同,半径r 的大小与磁感应强度的关系是r=mv 0/qB ;②下方的两圆形磁场与上方的两圆形磁场位置关于MN 对称且磁场方向与之相反; ③只要在矩形区域M 1N 1N 2M 2内除图中4个半圆形磁场外无其他磁场,矩形M 1N 1N 2M 2区域外的磁场均可向其余区域扩展。

M N2 N 129、如图所示,一质量为m ,带电荷量为+q 的粒子以速度v 0从O 点沿y 轴正方向射入磁感应强度为B 的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,粒子飞出磁场区域后,从点b 处穿过x 轴,速度方向与x 轴正方向的夹角为30°,同时进入场强为E 、方向沿x 轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中,通过了b 点正下方的c 点,如图所示。

粒子的重力不计,试求:(1)圆形匀强磁场的最小面积。

(2)c 点到b 点的距离s 。

解析:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动, 轨迹半径为R ,则有R=qBmv 0粒子经过磁场区域速度偏转角为120°,这表明在磁场区域中轨迹为半径为R 的31圆弧,此圆弧应与入射和出射方向相切。

作出粒子运动轨迹如图中实线所示。

轨迹MN 为以O ′为圆心、R 为半径,且与两速度方向相切的31圆弧,M 、N 两点还应在所求磁场区域的边界上。

在过M 、N 两点的不同圆周中,最小的一个是以MN 为直径的圆周,所求圆形磁场区域的最小半径为qB2mv 360sin R MN 21r 0===面积为S=22222Bq 4v m 3r π=π(2)粒子进入电场做类平抛运动设从b 到c 垂直电场方向位移x ′,沿电场方向位移y ′,所用时间为t 。

则有x ′=v 0t 22t mE q 21at 21y ==' 又60cot y x =''解得 x ′=32mv 02/Eq y ′=6mv 02/EqE q /mv 34y x d 2022='+=∴yNM Oxbc30°E10、如图所示的区域中,第二象限为垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B ,第一、第四象限是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向如图。

一个质量为m ,电荷量为+q 的带电粒子从P 孔以初速度v0沿垂直于磁场方向进入匀强磁场中,初速度方向与边界线的夹角θ=30°,粒子恰好从y 轴上的C 孔垂直于匀强电场射入匀强电场,经过x 轴的Q 点,已知OQ=OP ,不计粒子的重力,求:(1)粒子从P 运动到C 所用的时间t ;(2)电场强度E 的大小;(3)粒子到达Q 点的动能Ek 。

答案: (1)带电粒子在电磁场运动的轨迹如图所示,由图可知,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹为半个圆周由rv mBqv 20= 得:r =又T=Bqmv r ππ220= 得带电粒子在磁场中运动的时间:qBm T t π==2 (2)带电粒子在电场中做类平抛运动,初速度0v CF 于D ,则由几何知识可知,∆CPO ≌∆CQO ≌∆CDQ ,由图可知:CP=qBmv r 022=带电粒子从C 运动到Q 沿电场方向的位移为qBmv r CP OP OQ DQ S E0030sin ======带电粒子从C 运动到Q 沿初速度方向的位移为qBmv r CP CO CD S v03330cos 0===== 由类平抛运动规律得:222121t mqE at S E==t v S v 00= 联立以上各式解得:320Bv E =(3)由动能定理得:E kqES mv E =-2021 联立以上各式解得:2067mv E k=11、如图所示,半径分别为a 、b 的两同心虚线圆所围空间分别存在电场和磁场,中心O 处固定一个半径很小(可忽略)的金属球,在小圆空间内存在沿半径向内的辐向电场,小圆周与金属球间电势差为U ,两圆之间的空间存在垂直于纸面向里的匀强磁场,设有一个带负电的粒子从金属球表面沿+x 轴方向以很小的初速度逸出,粒子质量为m ,电量为q ,(不计粒子重力,忽略粒子初速度)求:(1)粒子到达小圆周上时的速度为多大?(2)粒子以(1)中的速度进入两圆间的磁场中,当磁感应强度超过某一临界值时,粒子将不能到达大圆周,求此最小值B 。

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