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如图所示,一群(不计重力)不同速度的质量为m,电量为q的带正的粒子进入电场强度为...

如图所示,一群(不计重力)不同速度的质量为m,电量为q的带正的粒子进入电场强度为E,磁感强度为B的速度选择器(方向如图所示)后,紧接着进入垂直于纸面向外的两个匀强磁场区域,其磁感应强度分别为B和2B,从磁场Ⅰ的边界MN上的a点进入磁场Ⅰ,经过时间t1=π m/6qB穿过磁场Ⅰ后进入右边磁场Ⅱ并按某一路径再返回到磁场Ⅰ的边界MN上的某一点b,(途中虚线为磁场区域的分界面)
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求:
(1)带电粒子进入磁场时的速度;
(2)中间场区的宽度d;
(3)粒子从a点到b点所经历的时间tab
(4)入射点a到出射点b的距离.
(1)带电粒子在速度选择器做匀速直线运动,洛伦兹力与电场力平衡,可求出带电粒子的速度. (2)带电粒子进入磁场Ⅱ时,由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律和圆周运动公式可求出半径和周期,根据题意,带电粒子经过时间t1=穿过磁场Ⅰ,能求出轨迹对应的圆心角,由几何知识求解中间磁场的宽度d. (3)根据带电粒子在磁场中速度的偏向角等于轨迹的圆心角,由几何知识求出粒子到达b时与磁场边界的夹角,从而知道速度的偏向角θ,由t=T求得粒子在磁场Ⅱ运动的时间,就能得到总时间. (4)根据几何关系求解入射点a到出射点b的距离. 【解析】 (1)带电粒子在速度选择器做匀速直线运动,则有    qE=qvB,得  v= (2)带电粒子进入磁场Ⅱ时,由洛伦兹力提供向心力,则有    qvB=m,得 r= 周期为  T= 由题,带电粒子经过时间t1=穿过磁场Ⅰ,则,轨迹对应的圆心角为  θ=30° 所以磁场Ⅰ的宽度为  d=rsin30°= (3)带电粒子在磁场Ⅱ中运动的半径为  r′=,周期为T′== 由于带电粒子在磁场中速度的偏向角等于轨迹的圆心角,则带电粒子第一经过两种磁场的边界时,与边界的夹角为60°,根据几何知识得知,粒子到达b时,与磁场边界的夹角也为60°,则速度的偏向角为120°,所以粒子在磁场Ⅱ运动的时间为 t2== 故粒子从a点到b点所经历的时间tab=2t1+t2= (4)根据几何知识得,入射点a到出射点b的距离为   yab=r+r(1-cos30°)= 答: (1)带电粒子进入磁场时的速度为; (2)中间场区的宽度d是; (3)粒子从a点到b点所经历的时间tab是=; (4)入射点a到出射点b的距离是.
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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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