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如图所示,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含Ⅰ、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧光物质的竖直板.现有一束带正电的粒子从A处连续不断地射入磁场,入射方向与M板成60°夹角且与纸面平行,粒子束由两部分组成,一部分为速度大小为v的低速粒子,另一部分为速度大小为3v的高速粒子,当I区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢减弱磁场的强度,直至M板亮斑刚刚相继消失为止,此时观察到N板有两个亮斑.已知粒子质量为m,电量为+q,不计粒子重力和相互作用力,求:
(1)M板上的亮斑刚刚相继消失时,I区磁感应强度的大小;
(2)到达N板下方亮斑的粒子在磁场中运动的时间;
(3)N板两个亮斑之间的距离.
(1)此时低速粒子速度恰好与两场交界相切且与电场方向垂直,在磁场中运动半径为R1
由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
R1
,①
由几何知识可得:R1+R1cos60°=L②
由①②解得:B=
3mv
2qL

(2)低速质子在磁场中运动时间t=
R1
3v

因t=
1
3
T
则由②④得t=
4πL
9v

(3)高速质子轨道半径R2=3R1
由几何关系知此时沿电场线方向进入电场,到达N板时与A点竖直高度差
h1=R2(1-sin60°)⑦
低速质子在磁场中偏转距离
h2=R1sin60°⑧
在电场中偏转距离
h3=vt′⑨
在电场中时间t′,L=
1
2
at′2
eE=ma(11)
由②⑥⑦⑧⑨⑩(11)得
亮斑PQ间距h=h1+h2+h3=(2-
2
3
3
)L+v
2mL
qE
(12)
答:(1)此时I区的磁感应强度
3mv
2qE

(2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间
4πL
9v

(3)N板两个亮斑之间的距离(2-
2
3
3
)L+v
2mL
qE
练习册系列答案
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(1)M、N两点间的电势差U;
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A.小球所受的合力可能不指向圆心
B.小球所受的洛仑兹力指向圆心
C.俯视观察,小球的运动方向一定是顺时针
D.俯视观察,小球的运动方向一定是逆时针

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,宽h=2cm的有界匀强磁场的纵向范围足够大,磁感应强度的方向垂直纸面向内,现有一群正粒子从O点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场,若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径均为r=5cm,则(  )
A.右边界:-4cm<y<4cm有粒子射出
B.右边界:y>4cm和y<-4cm有粒子射出
C.左边界:y>8cm有粒子射出
D.左边界:0<y<8cm有粒子射出

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

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A.x=
2
mv
qB
y=-
2
mv
qB
B.x=-
2
mv
qB
y=
2
mv
qB
C.x=2
mv
qB
,y=0
D.x=0,y=2
mv
qB

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在直角坐标xOy平面y轴左侧(含y轴)有一沿y轴负向的匀强电场,一质量为m,电量为q的带正电粒子从x轴上P处以速度v0沿x轴正向进入电场,从y轴上Q点离开电场时速度方向与y轴负向夹角θ=30°,Q点坐标为(0,-d),在y轴右侧有一与坐标平面垂直的有界匀强磁场区域(图中未画出),磁场磁感应强度大小B=
mv0
qd
,粒子能从坐标原点O沿x轴负向再进入电场.不计粒子重力,求:
(1)电场强度大小E;
(2)如果有界匀强磁场区域为半圆形,求磁场区域的最小面积;
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B.若θ一定,v越大,则粒子在磁场中运动的角速度越大
C.若v一定,θ越大,则粒子在磁场中运动的时间越短
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