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如图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场...

manfen5.com 满分网如图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=2.0×10-3T,在x轴上距坐标原点L=manfen5.com 满分网m的P处为离子的入射口,在y轴上上安放接收器,现将一带正电荷的粒子以v=4×104m/s的速率从P处射入磁场,若粒子在y轴上距坐标原点L=manfen5.com 满分网m的M处被观测到,且运动轨迹半径恰好最小,设带电粒子的质量为m,电量为q,不计重力.
(1)求上述粒子的比荷manfen5.com 满分网
(2)如果在上述粒子运动过程中的某个时刻,在第一象限内再加一个匀强电场,就可以使其沿y轴正方向做匀速直线运动,求匀强电场的场强大小和方向,并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加上这个匀强电场;
(3)为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子,在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内,求此矩形磁场区域的最小面积,并在图中画出该矩形.
第(1)问考查带电粒子在磁场中的运动,根据粒子的运动的轨迹可以求得粒子的比荷. 第(2)问粒子做的是匀速直线运动,所以粒子处于受力平衡状态,由此可以求得电场的大小和方向. 第(3)问是带电粒子在有界磁场(矩形区域)中的运动,当磁场和带电粒子的轨迹相切时,磁场的面积最小. 【解析】 (1)设粒子在磁场中的运动半径为r.如图甲,依题意M、P连线即为该粒子在磁场中作匀速圆周运动的直径, 由几何关系得 由洛伦兹力提供粒子在磁场中作匀速圆周运动的向心力, 可得 联立①②并代入数据得 (2)设所加电场的场强大小为E.如图乙,当粒子子经过Q点时,速度沿y轴正方向, 依题意,在此时加入沿x轴正方向的匀强电场,电场力与此时洛伦兹力平衡,则有 qE=Bqv 代入数据得      E=80V/m 所加电场的长枪方向沿x轴正方向.由几何关系可知,圆弧PQ所对应的圆心角为45°, 设带点粒子做匀速圆周运动的周期为T,所求时间为t, 则有 联立并代入数据得 (3)如图丙,所求的最小矩形是MM1P1P, 该区域面积s=2r•r=2r2 代入数据得  s=0.5m2 矩形如图丙中MM1P1(虚线)
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考点分析:
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电压表V2(量程0~15V,内阻约25kΩ);直流电源E(电动势4V,内阻不计)
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滑动变阻器R2(阻值范围0~2kΩ,允许通过的最大电流0.5A);开关S;导线若干.
为使实验误差较小,要求测得多组数据进行分析,请在右框中画出测量的电路图,并标明所用器材的代号.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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