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如图所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强...

manfen5.com 满分网如图所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y=r的虚线上方足够大的范围内,有水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E.从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内,且质子在磁场中的偏转半径也为r,已知质子的电荷量为q,质量为m,不计重力、粒子间的相互作用力及阻力的作用.求:
(1)质子射入磁场时速度的大小;
(2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;
(3)与x轴正方向成30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小.
(1)根据洛伦兹力提供圆周运动的向心力列式求解即可; (2)根据几何关系作出轨迹知质子垂直电场方向进入电场,进入点与y轴的距离为r,再根据类平抛运动求质子到达y轴的时间; (3)同样由几何关系作出质子进入电场的位置,进入电场后根据动能定理求质子进到达y轴时的速度大小. 【解析】 (1)根据题意知,质子进入磁场后在洛伦兹力作用下做半径为r的匀速圆周运动,所以有: ,得到质子圆周运动的速度v= (2)质子沿x轴下向射入磁场经过圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场,在磁场中运动周期,在磁场中运动的时间 质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后到达y轴,质子在电场中的加速度 质子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,到达y轴时有r= 质子在电场中运动时间 所以沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间t=t1+t2= (3)如图 质子在磁场中转过120°角后从P点垂直于电场线进入电场 P点距y轴的距离x1=r+rsin30°=1.5r        ① 由动能定理得:     ② 由①②得质子到达y轴时的速度v2= 答:(1)质子射入磁场时速度的大小为; (2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间为; (3)与x轴正方向成30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小为.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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