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如图,在圆心为O的圆形区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场...

如图,在圆心为O的圆形区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场.边界上的一粒子源A,向磁场区域发射出质量为m、带电量为qq>0)的粒子,其速度大小均为v,方向垂直于磁场且分布在AO右侧α角的范围内(α为锐角).磁场区域内的半径为 ,其左侧有与AO平行的接收屏,不计带电粒子所受重力和相互作用力.求:

(1)沿AO方向入射的粒子离开磁场时的方向与入射方向的夹角;

(2)接收屏上能接收到带电粒子区域的宽度.

 

(1)90°(2) 【解析】 (1)可以求解粒子在磁场中运动的半径等于磁场区域的半径,画出粒子运动的轨迹图可知沿AO方向入射的粒子离开磁场时的方向与入射方向的夹角;(2)可以证明,当粒子入射方向与OA成α角时,出射方向仍水平射出,从而求解接收屏上能接收到带电粒子区域的宽度. (1)粒子在磁场中做圆周运动的半径为: ,与磁场区域的半径相等,则沿AO方向入射的粒子将在磁场中运动四分之一周后从左端水平射出,离开磁场时的方向与入射方向的夹角为90°,如图所示; 当粒子入射方向与OA成α角时,轨迹如图,因四边形AOCO1为菱形,可知出射的方向也是水平向左;则粒子射到屏上的范围为MN;由几何关系可知∠COB=α,可得.
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考点分析:
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如图所示,在半径为的圆形区域内有水平向里的匀强磁场,磁感应强度B,圆形区域右侧有一竖直感光板,从圆弧顶点P以速率的带正电粒子平行于纸面进入磁场,已知粒子的质量为m,电量为q,粒子重力不计.

(1)若粒子对准圆心射入,求它在磁场中运动的时间;

(2)若粒子对准圆心射入,且速率为,求它打到感光板上时速度的垂直分量.

 

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在直角坐标系xOy平面内有一磁场边界圆,半径为R,圆心在坐标原点O,圆内充满垂直该平面的匀强磁场,紧靠圆的右侧固定放置与y轴平行的弹性挡板,如图所示。一个不计重力的带电粒子以速度v0A点沿负y方向进入圆内,刚好能垂直打在挡板B点上,若该粒子在A点速度v0向右偏离y60°角进入圆内,粒子与档板相碰时间极短且无动能损失,则该粒子(  )

A.B点上方与挡板第二次相碰

B.经过时间第二次射出边界圆

C.第二次与挡板相碰时速度方向与挡板成60°

D.经过时间第二次与挡板相碰

 

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太空粒子探测器是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图甲所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的半径为L,电势为φ1,内圆弧面CD的半径为,电势为φ2.足够长的收集板MN平行于边界ACDB,OMN板的距离OPL.假设太空中漂浮着质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其他星球对粒子引力的影响.

(1)求粒子到达O点时速度的大小;

(2)如图乙所示,在边界ACDB和收集板MN之间加一个半圆形匀强磁场,圆心为O,半径为L,磁场方向垂直纸面向内,则发现从AB圆弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上(不考虑过边界ACDB的粒子再次返回),求所加磁场磁感应强度B0的大小;

(3)随着所加磁场大小的变化,试定量分析收集板MN上的收集效率η与磁感应强度B的关系.

 

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太空粒子探测器是由加速装置、偏转装置和收集装置三部分组成,其原理可简化如下:如图所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心圆,圆心为O,外圆的半径R1=1m,电势φ1=25V,内圆的半径R2=0.5m,电势φ2=0。内圆内有磁感应强度大小B=1×10-2T、方向垂直纸面向里的匀强磁场,收集板MN与内圆的一条直径重合.假设太空中漂浮着质量m=1×10-10kg、电荷量q=2×10-4C的带正电粒子,它们能均匀地吸附到外圆面上,并被加速电场从静止开始加速,进入磁场后,发生偏转,最后打在收集板MN上并被吸收(收集板两侧均能吸收粒子),不考虑粒子的碰撞和粒子间的相互作用。

1)求粒子到达内圆时速度的大小;

2)分析外圆上哪些位置的粒子进入磁场后在磁场中运动的总时间最长,并求该最长时间;

3)分析收集板MN上哪些位置能接收到粒子,并求能接收到粒子的那部分收集板的总长度。

 

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太空粒子探测器是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图1所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB的电势为,内圆弧面CD的电势为,足够长的收集板MN平行边界ACDBACDBMN板的距离为L.假设太空中漂浮着质量为m,电量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到AB圆弧面上,并被加速电场从静止开始加速,不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子的影响,不考虑过边界ACDB的粒子再次返回.

1)求粒子到达O点时速度的大小;

2)如图2所示,在PQ(与ACDB重合且足够长)和收集板MN之间区域加一个匀强磁场,方向垂直纸面向内,则发现均匀吸附到AB圆弧面的粒子经O点进入磁场后最多有能打到MN板上,求所加磁感应强度的大小;

3)如图3所示,在PQ(与ACDB重合且足够长)和收集板MN之间区域加一个垂直MN的匀强电场,电场强度的方向如图所示,大小,若从AB圆弧面收集到的某粒子经O点进入电场后到达收集板MNO点最远,求该粒子到达O点的速度的方向和它在PQMN间运动的时间.

 

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