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如图所示,在水平线ab下方有一匀强电场,电场强度为E,方向竖直向下,ab的上方存...

如图所示,在水平线ab下方有一匀强电场,电场强度为E,方向竖直向下,ab的上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,磁场中有一内、外半径分别为R的半圆环形区域,外圆与ab的交点分别为MN.一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在电场中P点静止释放,由M进入磁场,从N射出,不计粒子重力.

(1)求粒子从PM所用的时间t

(2)若粒子从与P同一水平线上的Q点水平射出,同样能由M进入磁场,从N射出,粒子从MN的过程中,始终在环形区域中运动,且所用的时间最少,求粒子在Q时速度的大小.

 

(1)(2) 【解析】 试题粒子在磁场中以洛伦兹力为向心力做圆周运动,在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,据此分析运动时间;粒子进入匀强磁场后做匀速圆周运动,当轨迹与内圆相切时,所有的时间最短,粒子从Q射出后在电场中做类平抛运动,在电场方向上的分运动和从P释放后的运动情况相同,所以粒子进入磁场时沿竖直方向的速度同样为v,结合几何知识求解. (1)设粒子在磁场中运动的速度大小为v,所受洛伦兹力提供向心力,有① 设粒子在电场中运动所受电场力为F,有F=qE②; 设粒子在电场中运动的加速度为a,根据牛顿第二定律有F=ma③; 粒子在电场中做初速度为零的匀加速直线运动,有v=at④;联立①②③④式得⑤; (2)粒子进入匀强磁场后做匀速圆周运动,其周期与速度、半径无关,运动时间只由粒子所通过的圆弧所对的圆心角的大小决定,故当轨迹与内圆相切时,所有的时间最短,设粒子在磁场中的轨迹半径为,由几何关系可得⑥ 设粒子进入磁场时速度方向与ab的夹角为θ,即圆弧所对圆心角的一半,由几何关系知⑦; 粒子从Q射出后在电场中做类平抛运动,在电场方向上的分运动和从P释放后的运动情况相同,所以粒子进入磁场时沿竖直方向的速度同样为v,在垂直于电场方向的分速度等于为,由运动的合成和分解可得⑧ 联立①⑥⑦⑧式得⑨.
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考点分析:
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一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场,其在xOy平面内的截面如图所示:中间是磁场区域,其边界与y轴垂直,宽度为l,磁感应强度的大小为B,方向垂直于xOy平面;磁场的上、下两侧为电场区域,宽度均为l´,电场强度的大小均为E,方向均沿x轴正方向;MN为条状区域边界上的两点,它们的连线与y轴平行,一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场,经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出,不计重力.

1)定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹;

2)求该粒子从M点入射时速度的大小;

3)若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x轴正方向的夹角为,求该粒子的比荷及其从M点运动到N点的时间.

 

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如图,在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E;在y<0的区域存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场.一个氕核和一个氘核先后从y轴上yh点以相同的动能射出,速度方向沿x轴正方向.已知进入磁场时,速度方向与x轴正方向的夹角为,并从坐标原点O处第一次射出磁场. 氕核的质量为m,电荷量为q. 氘核的质量为2m,电荷量为q不计重力.求:

(1)第一次进入磁场的位置到原点O的距离;

(2)磁场的磁感应强度大小;

(3)第一次进入磁场到第一次离开磁场的运动时间.

 

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如图,在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后,沿平行于x轴的方向射入磁场;一段时间后,该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出.已知O点为坐标原点,N点在y轴上,OPx轴的夹角为30°,粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为d,不计重力.求

1)带电粒子的比荷;

2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴的时间.

 

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如图,从离子源产生的甲、乙两种离子,由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动,自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场左边界竖直.已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1,并在磁场边界的N点射出;乙种离子在MN的中点射出;MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用.求:

1)磁场的磁感应强度大小;

2)甲、乙两种离子的比荷之比.

 

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笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件.当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作:当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态.如图所示,一块宽为、长为的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压,以此控制屏幕的熄灭.则元件的(   

A.前表面的电势比后表面的低

B.前、后表面间的电压无关

C.前、后表面间的电压成正比

D.自由电子受到的洛伦兹力大小为

 

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