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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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B.待测电压表V2,量程0~6V,内电阻约40kΩ~80kΩ
C.电阻箱R1,阻值范围0~99999.9Ω
D.电阻箱R2,阻值范围0~99.99Ω
E.滑动变阻器R3,阻值范围0~250Ω,额定电流2.5A
F.滑动变阻器R4,阻值0~20Ω,额定电流2A
G.电池组,电动势为6V,内电阻为0.5Ω
H.单刀开关若干和导线若干
(1)请设计一个测量电路,并在下面的方框中画出电路图.
(2)实验器材选择除A、B、G、H外,电阻箱应选用:    ,滑动变阻器应选用:    (用器材前的字母表示).
(3)写出需要测量的物理量;给出manfen5.com 满分网manfen5.com 满分网的表达式.(不要求写出推导过程)
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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