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如图,离子源A产生的初速度为零、带电量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速...

如图,离子源A产生的初速度为零、带电量均为e、质量不同的正离子被电压为U0的加速电场加速后匀速通过准直管,垂直射入匀强偏转电场,偏转后通过极板HM上的小孔S离开电场,经过一段匀速直线运动,垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场.已知HOdHS2d90°.(忽略粒子所受重力)

1)求偏转电场场强E0的大小以及HMMN的夹角φ

2)求质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径;

3)若质量为4m的离子垂直打在NQ的中点S1处,质量为16m的离子打在S2处.求S1S2之间的距离以及能打在NQ上的正离子的质量范围.

 

(1);45°(2)(3) 【解析】 (1)正离子被电压为U0的加速电场加速后速度设为V1,设 对正离子,应用动能定理有eU0=mV12, 正离子垂直射入匀强偏转电场,作类平抛运动 受到电场力F=qE0、产生的加速度为a=,即a=, 垂直电场方向匀速运动,有2d=V1t, 沿场强方向:Y=at2, 联立解得E0= 又tanφ=,解得φ=45°; (2)正离子进入磁场时的速度大小为V2=, 解得 正离子在匀强磁场中作匀速圆周运动,由洛仑兹力提供向心力,qV2B=, 解得离子在磁场中做圆周运动的半径R=2; (3)根据R=2可知, 质量为4m的离子在磁场中的运动打在S1,运动半径为R1=2, 质量为16m的离子在磁场中的运动打在S2,运动半径为R2=2, 又ON=R2-R1, 由几何关系可知S1和S2之间的距离ΔS=-R1, 联立解得ΔS=4(-); 由R′2=(2 R1)2+( R′-R1)2解得R′=R1, 再根据R1<R<R1, 解得m<mx<25m.  
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考点分析:
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如图所示,真空中四个相同的矩形匀强磁场区域,高为4d,宽为d,中间两个磁场区域间隔为2d,中轴线与磁场区域两侧相交于OO点,各区域磁感应强度大小相等.某粒子质量为m、电荷量为+q,从O沿轴线射入磁场.当入射速度为v0时,粒子从O上方处射出磁场.取sin53°=0.8cos53°=0.6

1)求磁感应强度大小B

2)入射速度为5v0时,求粒子从O运动到O的时间t

3)入射速度仍为5v0,通过沿轴线OO平移中间两个磁场(磁场不重叠),可使粒子从O运动到O的时间增加Δt,求Δt的最大值.

 

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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.

 

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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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