人类研究磁场的目的之一是为了通过磁场控制带电粒子的运动,某控制带电粒子运动的仪器原理如图所示,区域PP′M′M内有竖直向下的匀强电场,电场场强为E,宽度为d,长度为L;区域MM′N′N内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,长度也为L,磁场宽度足够。电量为q,质量为m的带正电的粒子以水平初速度从P点射入电场。边界 MM′不影响粒子的运动,不计粒子重力。
(1)若带电粒子以水平初速度v0从P点射入电场后,从MM′边界进入磁场,求粒子第一次射入磁场的位置到M点的距离;
(2)当带电粒子射入电场的水平初速度为多大时,粒子只进入磁场一次就恰好垂直P′N′边界射出。
(1)若带电粒子以水平初速度v0从P点射入电场后,从MM′边界进入磁场,求粒子第一次射入磁场的位置到M点的距离;
(2)当带电粒子射入电场的水平初速度为多大时,粒子只进入磁场一次就恰好垂直P′N′边界射出。
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更新时间:2020-05-11 11:45:36
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(0.4)
名校
【推荐1】利用磁场和电场实现粒子偏转或聚焦是科学实验中广泛应用的技术。如图所示的坐标系xOy中,在第二象限内有一圆形匀强磁场区域,与x轴相切于
点,磁场方向垂直于坐标平面向外;在
、
的区域内存在竖直向下的匀强电场,电场强度大小为E,电场区域的下边界如图中虚线所示,该边界与x轴分别交于
点和
点。位于P点的粒子源向磁场内发射质量为m、电荷量为q的大量正粒子,所有粒子发射时的速度大小均相等,速度方向在与x轴正向夹角为
的范围内,所有粒子经过磁场后均沿x轴正向进入电场,然后能全部经过Q点。已知速度方向与x轴正向夹角为
的粒子经过
点,且从M点到Q点的轨迹全部在电场中,不计粒子的重力及粒子间的相互作用,并忽略磁场的边界效应。求
(1)粒子发射时的速度
的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(3)速度方向与x轴正向夹角为120°的粒子从P点到Q点的时间
;
(4)电场区域下边界满足的数学方程。
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(1)粒子发射时的速度
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(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(3)速度方向与x轴正向夹角为120°的粒子从P点到Q点的时间
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(4)电场区域下边界满足的数学方程。
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(0.4)
名校
【推荐2】如图甲所示,某装置由左侧的直线加速器和右侧的偏转电场两部分组成。直线加速器由8个横截面积相同的金属圆筒依次排列,其中心轴线在同一直线上,圆筒的长度遵照一定的规律依次增加,序号为奇数的圆筒和交变电源的一个极相连,序号为偶数的圆筒和该电源的另一个极相连,交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示,图乙中电压的绝对值为
;在
时,奇数圆筒相对偶数圆筒的电势差为正值,此时位于和偶数圆筒相连的金属圆板(序号为0)中央的一个电子,在圆板和圆筒1之间的电场中由静止开始加速,沿中心轴线冲进圆筒1,电子运动到圆筒与圆筒之间各个间隙中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速,电子通过圆筒间隙的时间可以忽略不计。偏转电场由两块相同的平行金属极板A与B组成,A、B的长度均为L,相距为d,极板间的电压为U,把两板间的电场看作匀强电场,电子从直线加速器射出后,沿平行于板面的方向自M点射入偏转电场中,最后从两极板之间的N点射出偏转电场。求:
(1)电子在第2个、第5个金属圆筒中的动能之比;
(2)第1个金属圆筒与第8个金属圆筒的长度之比;
(3)电子射出偏转电场时,偏转角度的正切值
;
(4)M、N两点间的电势差
。
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(1)电子在第2个、第5个金属圆筒中的动能之比;
(2)第1个金属圆筒与第8个金属圆筒的长度之比;
(3)电子射出偏转电场时,偏转角度的正切值
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(4)M、N两点间的电势差
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(0.4)
【推荐1】某装置利用磁场控制带电粒子的运动。如图所示,矩形区域ABCD边长分别为
、
,O、
为AB、CD边的中点;ABCD内存在多层紧邻且强弱相同的匀强磁场,每层的高度均为d,磁感应强度大小可调,方向垂直纸面沿竖直方向交替变化;质量为m、电荷量为+q的粒子从O点射入磁场,初速度大小为
,方向与
夹角为
,粒子在纸面内运动,不计粒子重力及粒子间的相互作用。
(1)若粒子从O开始沿图示轨迹运动且恰好到达
,求所加磁场的磁感应强度的大小
。
(2)若粒子从CD边离开磁场时与轴线
的距离小于d,求磁感应强度B的取值范围。
(3)若磁感应强度
,求能从CD边出射的粒子初速度方向与
夹角θ的范围。
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(1)若粒子从O开始沿图示轨迹运动且恰好到达
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(2)若粒子从CD边离开磁场时与轴线
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(3)若磁感应强度
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(0.4)
【推荐2】如图所示,xOy平面内存在着沿y轴正方向的匀强电场,一个质量为m、电荷量为+q的粒子从坐标原点O以速度v0沿x轴正方向进入电场。当它经过图中虚线上的M(
L,L)点时,撤去电场,粒子继续运动一段时间进入一个矩形匀强磁场区域(图中未画出),后又从虚线上的某一位置N处沿y轴负方向运动并再次经过M点,已知磁场方向垂直xOy平面向里,磁感应强度大小为B,不计粒子的重力。求:
(1)电场强度的大小;
(2)N点到x轴的距离;
(3)粒子从O点到N点的总时间。
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(1)电场强度的大小;
(2)N点到x轴的距离;
(3)粒子从O点到N点的总时间。
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(0.4)
【推荐1】如图所示,在平面直角坐标系
内,第Ⅰ象限存在沿
轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B;一质量为
、电荷量为
的带正电的粒子,自
轴正半轴上
处的
点,以速度
垂直于
轴射入电场,经
轴上
处的P点进入磁场,最后以垂直
轴的方向射出磁场。不计粒子重力,求:
(1)电场强度大小
;
(2)粒子射出电场时速度v的大小和方向;
(3)粒子在磁场中运动的轨迹半径
和时间
。
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(1)电场强度大小
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2a30f3a8b673cc28bd90c50cf1a35281.png)
(2)粒子射出电场时速度v的大小和方向;
(3)粒子在磁场中运动的轨迹半径
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(0.4)
【推荐2】如图所示的三维空间直角坐标系
中,在垂直于
面内的直角三棱柱
内存在磁感应强度大小
、方向垂直纸面向外的匀强磁场(图中未画出),C点在y轴上,
,A、B两点间的距离
,平面
下方存在方向沿纸面与
垂直斜向上电场强度为E的匀强电场,
右侧空间存在磁感应强度为
,方向与
平面平行斜向上的匀强磁场,一比荷为
的带电粒子(不计重力)从x轴上的M点由静止开始运动,垂直
面从P点第一次进入磁场中,均恰好不从AC、OC边射出磁场,粒子第一次离开磁场时立即仅将磁感应强度
大小调为
,
,求:
(1)粒子在磁场中运动的速率v;
(2)
下方匀强电场的电场强度大小E以及粒子从M点开始运动到刚好进入
平面右侧磁场所用的时间t;
(3)求能够让粒子到达x轴满足的磁感应强度
大小。
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(1)粒子在磁场中运动的速率v;
(2)
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(3)求能够让粒子到达x轴满足的磁感应强度
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