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如图所示,在0≤x≤a、0≤y≤范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场,磁感应强度...

如图所示,在0≤xa0≤y范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.坐标原点O处有一个粒子源,在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们的速度大小相同,速度方向均在xy平面内,与y轴正方向的夹角分布在0范围内.己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a之间,从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一.求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的:

1)速度的大小;

2)速度方向与y轴正方向夹角的正弦.

 

(1);(2) 【解析】 (1)根据题意,粒子运动时间最长时,其回旋的角度最大,画出运动轨迹,根据几何关系列出方程求解出轨道半径,再根据洛伦兹力提供向心力得出速度大小;(2)最后离开磁场的粒子,其运动时间最长,即为第一问中轨迹,故可以根据几何关系列出方程求解出其速度方向与y轴正方向夹角的正弦. 设粒子的发射速度为v,粒子做圆周运动的轨道半径为R,根据洛伦兹力提供向心力,得 解得 当<R<a时,在磁场中运动的时间最长的粒子,其轨迹是圆心为C的圆弧,圆弧与磁场的边界相切,如图所示,设该粒子在磁场中运动的时间为t,依题意t=,回旋角度为∠OCA=,设最后离开磁场的粒子的发射方向与y轴正方向的夹角为α,由几何关系得 sin2α+cos2α=1 解得 故最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的速度大小为. (2)由第一问可知,最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的速度方向与y轴正方向夹角的正弦为.
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考点分析:
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核聚变反应需要几百万度以上的高温,为把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内(否则不可能发生核反应),通常采用磁约束的方法(托卡马克装置).如图所示,环状匀强磁场围成中空区域,中空区域中的带电粒子只要速度不是很大,都不会穿出磁场的外边缘而被约束在该区域内.设环状磁场的内半径为R1=05m,外半径R2=10m,磁场的磁感强度B=10T,若被束缚带电粒子的荷质比为q/m=4×107C/kg,中空区域内带电粒子具有各个方向的速度.求:

1)粒子沿环状的半径方向射入磁场,不能穿越磁场的最大速度.

2)所有粒子不能穿越磁场的最大速度

 

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如图所示:正方形绝缘光滑水平台面WXYZ边长=1.8m,距地面h=0.8m.平行板电容器的极板CD间距d=0.1m且垂直放置于台面,C板位于边界WX上,D板与边界WZ相交处有一小孔.电容器外的台面区域内有磁感应强度B=1T、方向竖直向上的匀强磁场.电荷量q=5×10-13C的微粒静止于W处,在CD间加上恒定电压U=2.5V,板间微粒经电场加速后由D板所开小孔进入磁场(微粒始终不与极板接触),然后由XY边界离开台面.在微粒离开台面瞬时,静止于X正下方水平地面上A点的滑块获得一水平速度,在微粒落地时恰好与之相遇.假定微粒在真空中运动、极板间电场视为匀强电场,滑块视为质点,滑块与地面间的动摩擦因数=0.2,取g=10m/s2

1)求微粒在极板间所受电场力的大小并说明两板地极性;

2)求由XY边界离开台面的微粒的质量范围;

3)若微粒质量mo=1×10-13kg,求滑块开始运动时所获得的速度.

 

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如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板PQ垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里.位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响).

已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时,刻经极板边缘射入磁场.上述mqll0B为已知量.(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况)

1)求电压U的大小.

2)求时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径.

3)何时把两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间.

 

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两块足够大的平行金属极板水平放置,极板间加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场,变化规律分别如图1、图2所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向)。在t=0时刻由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子(不计重力),若电场强度E0、磁感应强度B0、粒子的比荷均已知,且,两板间距

1)求粒子在0t0时间内的位移大小与极板间距h的比值。

2)求粒子在板板间做圆周运动的最大半径(用h表示)。

3)若板间电场强度E随时间的变化仍如图1所示,磁场的变化改为如图3所示,试画出粒子在板间运动的轨迹图(不必写计算过程)。

 

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如图所示,两平行金属板ABl8cm,两板间距离d8cm,两板间电势差UAB300V。一带正电的粒子电量q10-10C,质量m10-20kg,从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场,初速度v02×106m/s,粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后,进入固定在中心线上的O点的点电荷Q形成的电场区域(设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响)。已知两界面MN、PS相距为L12cm,粒子穿过界面PS最后垂直击中放置于中心线上的荧光屏EF。求:(静电力常量k9×109N·m2/C2

1)假设该带电粒子从界面MN飞出时速度方向的反向延长线交两平行金属板间电场中心线与C点,且R点到C的距离为x,试证明x

2)粒子穿过界面PS时距中心线RO的距离;

3)点电荷的电量Q

 

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