某科研小组设计了一个粒子探测装置。如图甲所示,一个截面半径为R的圆筒(筒长大于2R)水平固定放置,筒内分布着垂直于轴线的水平方向匀强磁场,磁感应强度大小为B。图乙为圆筒的入射截面,图丙为竖直方向过筒轴的切面。质量为m、电荷量为q的正离子以不同的初速度垂直于入射截面射入筒内。圆筒内壁布满探测器,可记录粒子到达筒壁的位置。筒壁上的P点和Q点与入射面的距离分别为R和2R。(离子碰到探测器即被吸收,忽略离子间的相互作用)
(1)离子从O点垂直射入,偏转后到达P点,求该入射离子的速度v0;
(2)离子从OC线上垂直射入,求位于Q点处的探测器接收到的离子的入射速度范围;
(3)若离子以第(2)问求得范围内的速度垂直入射,从入射截面的特定区域入射的离子偏转后仍能到达距入射面为2R的筒壁位置,画出此入射区域的形状并求其面积。
(1)离子从O点垂直射入,偏转后到达P点,求该入射离子的速度v0;
(2)离子从OC线上垂直射入,求位于Q点处的探测器接收到的离子的入射速度范围;
(3)若离子以第(2)问求得范围内的速度垂直入射,从入射截面的特定区域入射的离子偏转后仍能到达距入射面为2R的筒壁位置,画出此入射区域的形状并求其面积。
更新时间:2020-09-12 13:50:54
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【推荐1】如图所示,两块平行金属极板MN水平放置,板长L =1m。间距d = m,两金属板间电压UMN = 1×104 V;在平行金属板右侧依次存在ABC和FGH两个全等的正三角形区域,正三角形ABC内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1,三角形的上顶点A与上金属板M平齐,BC边与金属板平行,AB边的中点P恰好在下金属板N的右端点;正三角形FGH内存在垂直纸面向外的匀强磁场B2,已知A、F、G处于同一直线上。B、C、H也处于同一直线上。AF两点距离为m。现从平行金属极板MN左端沿中心轴线方向入射一个重力不计的带电粒子,粒子质量m = 3×10-10 kg,带电量q = +1×10-4 C,初速度v0 = 1×105 m/s。
(1)求带电粒子从电场中射出时的速度v的大小和方向;
(2)若带电粒子进入中间三角形区域后垂直打在AC边上,求该区域的磁感应强度B1;
(3)若要使带电粒子由FH边界进入FGH区域并能再次回到FH界面,求B2应满足的条件。
(1)求带电粒子从电场中射出时的速度v的大小和方向;
(2)若带电粒子进入中间三角形区域后垂直打在AC边上,求该区域的磁感应强度B1;
(3)若要使带电粒子由FH边界进入FGH区域并能再次回到FH界面,求B2应满足的条件。
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【推荐2】如图a所示,O为加速电场上极板的中央,下极板中心有一小孔O′,O与O′在同一竖直线上。空间分布着有理想边界的匀强磁场,其边界MN、PQ(加速电场的下极板与边界MN重合)。将匀强磁场分为Ⅰ、Ⅱ两个区域,Ⅰ区域高度为d,Ⅱ区域的高度足够大,两个区域的磁感应强度大小相等,方向如图。一个质量为m、电荷量为的带电粒子从O点由静止释放,经加速后通过小孔O′,垂直进入磁场Ⅰ区,设加速电场两极板间的电压为U,不计粒子的重力。
(1)求粒子进入磁场Ⅰ区时的速度大小;
(2)若粒子运动一定时间后恰能回到O点,求磁感应强度B的大小;
(3)若将加速电场两极板间的电压提高到,为使带电粒子运动一定时间后仍能回到O点,需将磁场Ⅱ向下移动一定距离(图b所示),求磁场Ⅱ向下移动的距离 y及粒子从O′点进入磁场Ⅰ到第一次回到O′点的运动时间 t 。
(1)求粒子进入磁场Ⅰ区时的速度大小;
(2)若粒子运动一定时间后恰能回到O点,求磁感应强度B的大小;
(3)若将加速电场两极板间的电压提高到,为使带电粒子运动一定时间后仍能回到O点,需将磁场Ⅱ向下移动一定距离(图b所示),求磁场Ⅱ向下移动的距离 y及粒子从O′点进入磁场Ⅰ到第一次回到O′点的运动时间 t 。
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【推荐3】如图甲所示,在直角坐标系中的四个点为四边形的四个顶点,四边形(包括边界)中存在匀强磁场,在范围内磁场的磁感应强度B随时间变化的图像如图乙所示(图像中T为未知量),设垂直纸面向外为正方向;内的匀强磁场与内的磁场总是大小相等、方向相反。在ab边正上方、ad边左侧、bc边右侧、cd边正下方,分别存在着大小相等的匀强电场,其方向分别与四边形区域的边界垂直且指向正方形内部(未画出)。质量为m、电荷量为q带正电的粒子某一时刻射入磁场,已知粒子在电场内做直线运动,重力不计,忽略粒子运动对电、磁场的影响。
上述L、m、q、B为已知量。
(1)若时刻粒子从点沿方向以大小为v(未知)的速度射入磁场,且磁感应强度B与速度v之间满足,粒子刚好在时刻离开磁场,经过一段时间后,又第一次回到点a,求粒子在电场中运动的最短路程;
(2)若时刻粒子从点沿方向以大小为v(未知)的速度射入磁场,且磁感应强度B与速度v之间满足,粒子刚好在时刻离开磁场,经过一段时间后,又第一次回到点e,求粒子从出发到第一次回到点e的最短时间;
(3)粒子在内从点沿Ob方向以某一速度射入磁场,此后在平面内做周期性运动,若电场强度大小为E,粒子在电场中做直线运动,且每当磁场发生变化时粒子恰好从电场射入磁场,求粒子初速度的所有可能值及对应的磁场变化的周期T。
上述L、m、q、B为已知量。
(1)若时刻粒子从点沿方向以大小为v(未知)的速度射入磁场,且磁感应强度B与速度v之间满足,粒子刚好在时刻离开磁场,经过一段时间后,又第一次回到点a,求粒子在电场中运动的最短路程;
(2)若时刻粒子从点沿方向以大小为v(未知)的速度射入磁场,且磁感应强度B与速度v之间满足,粒子刚好在时刻离开磁场,经过一段时间后,又第一次回到点e,求粒子从出发到第一次回到点e的最短时间;
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【推荐1】一个复杂合运动可看成几个简单分运动同时进行,比如将平抛运动分解成一个匀速直线运动和一个匀变速直线运动。这种思想方法可应用于轻核聚变磁约束问题,其原理简化如图,在A端截面发射一半径为R的圆柱形粒子束,理想状态所有粒子的速度均沿轴线方向,但实际在A端沿轴线注入粒子时由于技术原因,部分粒子的速度方向并没有沿轴线方向,而是与轴线成一定的夹角θ,致使部分粒子将渐渐远离。为解决此问题,可加与圆柱形同轴的圆柱形匀强磁场,将所有粒子都约束在磁场范围内已知匀强磁场的磁感应强度为B,带电粒子的质量为m,电荷量为e,速度偏离轴线方向的角度θ不大于6°,且满足速度方向偏离轴线θ时,速度大小为,不考虑粒子的重力以及粒子间相互作用。则(tan6°≈0.1):
(1)速度方向发生偏差的粒子可以看成是沿圆柱轴线和圆柱截面上的哪两种运动合成;
(2)圆柱形磁场的半径至少为多大;
(3)带电粒子到达荧光屏时可使荧光屏发光,若在距离粒子入射端的地方放置一足够大的荧光屏,则荧光屏上的亮斑面积多大。
(1)速度方向发生偏差的粒子可以看成是沿圆柱轴线和圆柱截面上的哪两种运动合成;
(2)圆柱形磁场的半径至少为多大;
(3)带电粒子到达荧光屏时可使荧光屏发光,若在距离粒子入射端的地方放置一足够大的荧光屏,则荧光屏上的亮斑面积多大。
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【推荐2】如图所示,在y轴上A点沿平行x轴正方向以发射一个带正电的粒子,在该方向距A点3R处的B 点为圆心存在一个半径为R的圆形有界的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外,当粒子通过磁场后打到x轴上的C点,且速度方向与x轴正向成角斜向下,已知带电粒子的电量为q,质量为m,粒子的重力忽略不计,O点到A点的距离为,求:
(1)该磁场的磁感应强度B的大小.
(2)若撤掉磁场,在该平面内加上一个与y轴平行的有界匀强电场,粒子仍按原方向入射,当粒子进入电场后一直在电场力的作用下打到x轴上的C点且速度.方向仍与x轴正向成角斜向下,则该电场的左边界与y轴的距离为多少?
(3)(选做)若撤掉电场,在该平面内加上一个与(1)问磁感应强度大小相同的矩形有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,粒子仍按原方向入射,通过该磁场后打到x轴上的C点且速度方向仍与x轴正向成角斜向下,则所加矩形磁场的最小面积为多少?
(1)该磁场的磁感应强度B的大小.
(2)若撤掉磁场,在该平面内加上一个与y轴平行的有界匀强电场,粒子仍按原方向入射,当粒子进入电场后一直在电场力的作用下打到x轴上的C点且速度.方向仍与x轴正向成角斜向下,则该电场的左边界与y轴的距离为多少?
(3)(选做)若撤掉电场,在该平面内加上一个与(1)问磁感应强度大小相同的矩形有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,粒子仍按原方向入射,通过该磁场后打到x轴上的C点且速度方向仍与x轴正向成角斜向下,则所加矩形磁场的最小面积为多少?
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(0.15)
名校
【推荐3】如图所示,直线、、互相平行且间距均为,和间的区域内存在由垂直指向的匀强电场,和间的区域Ⅱ内以及下方的区域Ⅲ内分别存在垂直纸面向里和向外的匀强磁场,磁感应强度大小分别为利,现将一电量为q、质量为的带正电粒子从边界上无初速释放,则:
(1)欲使粒子能到达区域Ⅲ,求电场强度应满足什么条件?
(2)若电场强度,将粒子第一次到达上的位置记为点,设再经时间粒子动量与过点时动量相同,求;
(3)在(2)条件下,保持区域Ⅲ内磁场其他条件不变,仅将其范围改为一个矩形区域(矩形的一条边与重合),欲使粒子能穿越线23次,求该矩形磁场区域的最小面积。
(1)欲使粒子能到达区域Ⅲ,求电场强度应满足什么条件?
(2)若电场强度,将粒子第一次到达上的位置记为点,设再经时间粒子动量与过点时动量相同,求;
(3)在(2)条件下,保持区域Ⅲ内磁场其他条件不变,仅将其范围改为一个矩形区域(矩形的一条边与重合),欲使粒子能穿越线23次,求该矩形磁场区域的最小面积。
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