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如图甲所示,MN为一竖直放置的足够大的荧光屏,O为它的中点,OO′与荧光屏垂直,...

如图甲所示,MN为一竖直放置的足够大的荧光屏,O为它的中点,OO′与荧光屏垂直,且长度为l.在MN的左侧O′O空间内存在着方向竖直向下的匀强电场,场强大小为E.乙图是从甲图的左侧去看荧光屏得到的平面图,在荧光屏上以O为原点建立如衅乙的直角坐标系.一细束质量为m、电荷为e的电子以相同的初速度v从O′点O′O方向射入电场区域.电子的重力和电子间的相互作用都可忽略不计.
(1)求电子打在荧光屏上亮点的位置坐标.
(2)若在MN左侧O′O空间内再加一个匀强磁场,使得荧光屏上的亮点恰好位于原点O处,求这个磁场的感应强度B的大小和方向.
(3)如果保持(2)问中磁感应强度不变,但把电场撤去,粒子仍能达到荧光屏上,求荧光屏上的亮点的位置坐标及从O′到荧光屏所需要的时间(若sinθ=manfen5.com 满分网,则θ可用反三角函数表示为θ=arsinmanfen5.com 满分网).

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(1)电子在匀强电场中做类平抛运动,沿水平方向和竖直方向分解运动即可; (2)亮点恰好位于原点O处,表明电子所受的电场力与洛伦兹力大小相等,写出力的平衡方程,代入数据即可求得磁感应强度; (3)只在磁场作用下,电子在O′Oy平面内做匀速圆周运动,画出运动的轨迹,根据洛伦兹力提供向心力,求出半径的表达式,再结合图象,找出半径对应的几何关系,列出方程,即可解题. 【解析】 (1)电子沿O′O方向做匀速运动:l=vt…① 电子沿y轴方向做匀加速运动:…② 即亮点的位置坐标为:…③ (2)亮点恰好位于原点O处,表明电子所受的电场力与洛伦兹力大小相等,电子做匀速直线运动eE=evB…④ 解得  …⑤ 由电场力以及左手定则判定磁场方向垂直纸面向里. (3)只在磁场作用下,电子在O′Oy平面内做匀速圆周运动,轨迹如图所示.设圆半径为R,洛伦兹力提供向心力…⑥ 得: 根据几何关系R2-l2=(R-y)2…⑦ 得 联立⑥、⑦得:…⑧ 即亮点的位置坐标为… ⑨ 由图可得:,…⑩ 由圆周运动周期公式:…(11) 电子从O′到O的时间为: 答:(1)电子打在荧光屏上亮点的位置坐标. (2)这个磁场的感应强度  磁场方向垂直纸面向里. (3)荧光屏上的亮点的位置坐标 ,从O′到荧光屏所需要的时间.
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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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