反物质太空磁谱仪是一种可以探测宇宙中的奇异物质(包括暗物质及反物质)的装置。中国团队参与建造了其中的磁场结构部分,用于探测慢速粒子,该部分的工作原理图简化后如图所示,在xOy平面内,以
为圆心、半径
的圆形区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场,在
的区域内有方向垂直纸面向外的匀强磁场,两区域磁场的磁感应强度大小相等且
。在第一象限有与x轴成45°角倾斜放置的接收器,并与x、y轴交于Q,P两点,且O、Q间的距离为
。在圆形磁场区域左侧
的区域内,均匀分布着质量
,电荷量
的带正电粒子,所有粒子均以相同速度沿x轴正方向射入圆形磁场区域,其中正对M点射入的粒子经磁场偏转后恰好垂直于x轴进入
的磁场区域。不计粒子受到的重力,不考虑粒子间的相互作用。
(1)求粒子的速度大小v;
(2)求正对M点射入的粒子,从刚射入磁场至刚到达接收器PQ的时间t;
(3)若粒子击中接收器PQ能产生亮斑,求接收器上产生的亮斑到Q点的最小距离L。
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(1)求粒子的速度大小v;
(2)求正对M点射入的粒子,从刚射入磁场至刚到达接收器PQ的时间t;
(3)若粒子击中接收器PQ能产生亮斑,求接收器上产生的亮斑到Q点的最小距离L。
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更新时间:2021-01-21 21:15:12
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(0.4)
【推荐1】如图所示,在xOy平面的第一象限内,分布有沿x轴负方向的场强
的匀强电场,第四象限内分布有垂直纸面向里的磁感应强度B1=0.2T的匀强磁场,第二、三象限内分布有垂直纸面向里的磁感应强度B2的匀强磁场。在x轴上有一个垂直于y轴的平板OM,平板上开有一个小孔P,P处连接有一段长度d=lcm内径不计的准直管,管内由于静电屏蔽没有电场。y轴负方向上距O点
cm的粒子源S可以向第四象限平面内各个方向发射a粒子,假设发射的a粒子速度大小均为2×105m/s,此时有粒子通过准直管进入电场, 打到平板和准直管管壁上的a粒子均被吸收.已知a粒子带正电,比荷为
,重力不计,求:
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(1) a粒子在第四象限的磁场中运动时的轨道半径和粒子从S到达P孔的时间;
(2) 除了通过准直管的a粒子外,为使其余a粒子都不能进入电场,平板OM的长度至少是多长?
(3) 经过准直管进入电场中运动的a粒子,第一次到达y轴的位置与O点的距离;
(4) 要使离开电场的a粒子能回到粒子源S处,磁感应强度B2应为多大?
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(1) a粒子在第四象限的磁场中运动时的轨道半径和粒子从S到达P孔的时间;
(2) 除了通过准直管的a粒子外,为使其余a粒子都不能进入电场,平板OM的长度至少是多长?
(3) 经过准直管进入电场中运动的a粒子,第一次到达y轴的位置与O点的距离;
(4) 要使离开电场的a粒子能回到粒子源S处,磁感应强度B2应为多大?
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(0.4)
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【推荐2】如图甲所示,有一磁感应强度大小为B、垂直纸面向外的匀强磁场,磁场边界OP与水平方向夹角为θ=45°,紧靠磁场右上边界放置长为L、间距为d的平行金属板M、N,磁场边界上的O点与N板在同一水平面上,O1、O2为电场左右边界中点.在两板间存在如图乙所示的交变电场(取竖直向下为正方向).某时刻从O点竖直向上以不同初速度同时发射两个相同的质量为m、电量为+q的粒子a和b.结果粒子a恰从O1点水平进入板间电场运动,由电场中的O2点射出;粒子b恰好从M板左端边缘水平进入电场.不计粒子重力和粒子间相互作用,电场周期T未知.求:
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(1)粒子a、b从磁场边界射出时的速度va、vb;
(2)粒子a从O点进入磁场到O2点射出电场运动的总时间t;
(3)如果金属板间交变电场的周期
,粒子b从图乙中t=0时刻进入电场,求要使粒子b能够穿出板间电场时E0满足的条件.
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(1)粒子a、b从磁场边界射出时的速度va、vb;
(2)粒子a从O点进入磁场到O2点射出电场运动的总时间t;
(3)如果金属板间交变电场的周期
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(0.4)
【推荐3】在如图所示的
平面内,边长为
的正方形区域中存在方向垂直
平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,自O点沿x轴放置一长为
的探测板,与磁场下边界的间距为R;离子源从正方形一边(位于y轴上)的中点P沿垂直于磁场方向持续发射质量为m、电荷量为
的离子,发射速度方向与水平方向的夹角范围为
,且各向均匀分布,单位时间发射离子数为N,离子的速度大小随发射角变化的关系为
,
为发射速度方向与水平方向夹角,其中当
的离子恰好从磁场下边界的中点沿y轴负方向射出。不计离子间的相互作用和离子的重力,离子打在探测板即被吸收并中和,已知
,
,
,
,
,
,
。
(1)求离子的比荷
;
(2)求单位时间内能打在探测板上的离子数n;
(3)要使从磁场下边界射出的所有离子都打不到探测板上,需要在磁场与探测板间加上沿y轴正方向的匀强电场,求所加匀强电场的电场强度最小值E。(结果保留两位有效数字)
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(1)求离子的比荷
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(2)求单位时间内能打在探测板上的离子数n;
(3)要使从磁场下边界射出的所有离子都打不到探测板上,需要在磁场与探测板间加上沿y轴正方向的匀强电场,求所加匀强电场的电场强度最小值E。(结果保留两位有效数字)
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(0.4)
【推荐1】如图所示,在竖直平面内有一半径为R的圆,O为圆心,P为圆周上一点,且PO水平,在圆面内加以场强大小为E,方向竖直向下的匀强电场,一质量为m、电荷量为q的粒子由P点沿PO方向射入圆形区域,从圆周上的Q点离开该区域.Θ=60°,若其他条件不变,仅将电场改为垂直纸面的匀强磁场,粒子恰也从Q点离开该区域,粒子重力不计,试问:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2018/7/11/1986093928128512/1988777162670080/STEM/a15427e2cb84426d96212628309d4e1e.png?resizew=201)
(1)判断该粒子的电性;
(2)磁感应强度B的大小和方向;
(3)前后两次粒子由P点运动到Q点的时间之比.
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(1)判断该粒子的电性;
(2)磁感应强度B的大小和方向;
(3)前后两次粒子由P点运动到Q点的时间之比.
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(0.4)
解题方法
【推荐2】磁场可以控制带电粒子的运动,诸如磁偏转、磁聚焦、磁约束等。如图甲所示,
平面内,在y轴左侧
的范围内,存在如图乙所示的周期性变化的匀强电场(电场强度取向上为正),在电场左边界
范围内有大量质量为m,带电荷量为q(
)的带电粒子,同时以平行于x轴的初速度
射入电场中,经过一段时间,所有带电粒子都从
间平行于x轴射出电场。在y轴右侧合适的圆形区域加一垂直纸面向外的匀强磁场,所有带电粒子经磁场区域后均能打到同一点D,D点坐标为(2a,0),已知
,不计粒子间相互作用。求:
(1)交变电场的周期T和电场强度
的值;
(2)随匀强磁场磁感应强度改变,满足题意的磁场区域的最大、最小半径,及对应磁场区域的圆心坐标;
(3)磁感应强度的最小值,及磁感应强度最小时各带电粒子到达D点的最大时间差。
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1c049eea4c6eb1d615716acee0b93e19.png)
(1)交变电场的周期T和电场强度
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(2)随匀强磁场磁感应强度改变,满足题意的磁场区域的最大、最小半径,及对应磁场区域的圆心坐标;
(3)磁感应强度的最小值,及磁感应强度最小时各带电粒子到达D点的最大时间差。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/6/19/a6f921fb-8824-4575-b890-756b5bef11db.png?resizew=451)
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(0.4)
【推荐3】如图甲和乙是洛伦兹力演示仪的实物图和结构示意图。励磁线圈能够在两平行线圈之间产生沿线圈轴向的匀强磁场,且产生的磁场磁感应强度大小与励磁电流大小的关系为B=kI(k为已知常数)。圆球形玻璃泡内P处有电子枪,能够连续向左发射出电子(初速度不计),电子经加速电压U加速后垂直于磁场方向在玻璃泡内运动,励磁电流的方向和大小I及加速电压U的大小都可以调节。在某次实验中加速电压为
,励磁电流的大小
(未知),电子恰好击中玻璃泡上的A点,A点与圆心O等高。已知玻璃泡球半径为R,P点与玻璃泡球心O点相距为0.5R,电子电荷量为e,质量为m,不计电子所受重力以及电子运动对磁场的影响,电子击中玻璃泡后即被吸收,电子枪相同时间内发射的电子数相同且不能对电子进行重复加速。则:
(1)电子击中A点时励磁线圈中的电流方向是顺时针还是逆时针;
(2)求励磁电流的大小
;
(3)若电子枪沿垂直OP方向向左移动了0.25R,发射方向保持不变,保持加速电压
不变,励磁电流如图丙所示周期性变化,求打到玻璃泡上电子数与发射总数的比值。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dbe5cb81b72e94f92d2aaecd553daac2.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84abbfb85a00f48b5db11eeb76b8d134.png)
(1)电子击中A点时励磁线圈中的电流方向是顺时针还是逆时针;
(2)求励磁电流的大小
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84abbfb85a00f48b5db11eeb76b8d134.png)
(3)若电子枪沿垂直OP方向向左移动了0.25R,发射方向保持不变,保持加速电压
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