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    （18分）如图所示，相距为R的两块平行金属板M、 N正对着放置，S1、S2分别为M、N板上的小孔，S1、S2、O三点共线，它们的连线垂直M、N，且S2O＝R.以O为圆心、R为半径的圆形区域内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场．D为收集板，板上各点到O点的距离以及板两端点的距离都为2R，板两端点的连线垂直M、N板．质量为m、带电量为＋q的粒子经S1进入M、N间的电场后，通过S2进入磁场．粒子在S1处的速度以及粒子所受的重力均不计．

    （1）M、N间的电压为U时，求粒子进入磁场时速度的大小v；
    （2）若粒子恰好打在收集板D的中点上，求M、N间的电压值U0；
    （3）当M、N间的电压不同时，粒子从S1到打在D上经历的时间t会不同，求
    t的最小值．

    （1）   （2）（3）

    解析试题分析： (1)粒子从S1到达S2的过程中，根据动能定理得
    qU＝mv2             ①         2分
    解得粒子进入磁场时速度的大小       1分
    （2）粒子进入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有
              ②        2分
    由①②得，加速电压U与轨迹半径r的关系为        1分
    当粒子打在收集板D的中点时，粒子在磁场中运动的半径       1分
    对应电压       1分
    (3)M、N间的电压越大，粒子进入磁场时的速度越大，粒子在极板间经历的时间越短，同时在磁场中运动轨迹的半径越大，在磁场中运动的时间也会越短，出磁场后匀速运动的时间也越短，所以当粒子打在收集板D的右端时，对应时间t最短。
    根据几何关系可以求得，对应粒子在磁场中运动的半径r＝R          2分
    由②得粒子进入磁场时速度的大小         1分
    粒子在电场中经历的时间         2分
    粒子在磁场中经历的时间         2分
    粒子出磁场后做匀速直线运动经历的时间       2分
    粒子从S1到打在收集板D上经历的最短时间为t＝t1＋t2＋t3＝        1分
    考点：本题考查了带电粒子在电场中的加速和在磁场中的偏转

    练习册系列答案
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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （18分）静止于A处的离子，经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，并从P点垂直CF进入矩形区域的有界匀强磁场．静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场，已知圆弧虚线的半径为R，其所在处场强为E、方向如图所示；离子质量为m、电荷量为q；、，磁场方向垂直纸面向里；离子重力不计．

    （1）求加速电场的电压U；
    （2）若离子能最终打在QF上，求磁感应强度B的取值范围．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （15分）如图所示，在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为E；在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，C、D在x轴上，它们到原点O的距离均为a，θ＝30°,现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子，从y轴上的P点由静止释放，不计重力作用和空气阻力的影响．

    （1）若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场，求P、O间的距离；
    （2）P、O间的距离满足什么条件时，可使粒子在电场和磁场中各运动3次?

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （14分）坐标原点O处有一点状的放射源，它向xoy平面内的x轴上方各个方向发射α粒子，α粒子的速度大小都是v0，在的区域内分布有指向y轴正方向的匀强电场，场强大小为，其中q与m分别为α粒子的电量和质量；在的区域内分布有垂直于xoy平面向里的匀强磁场．ab为一块很大的平面感光板，放置于处，如图所示．观察发现此时恰无粒子打到ab板上．（不考虑α粒子的重力）

    （1）求α粒子刚进入磁场时的动能；
    （2）求磁感应强度B的大小；
    （3）将ab板平移到什么位置时所有粒子均能打到板上? 并求出此时ab板上被α粒子打中
    的区域的长度．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （20分）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，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，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；
    （3）粒子从P点运动到O点的总时间．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （16分）为了使粒子经过一系列的运动后，又以原来的速率沿相反方向回到原位，可设计如下的一个电磁场区域（如图所示）：水平线QC以下是水平向左的匀强电场，区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；区域Ⅱ(三角形APD)内的磁场方向与Ⅰ内相同，但是大小可以不同，区域Ⅲ(虚线PD之上、三角形APD以外)的磁场与Ⅱ内大小相等、方向相反．已知等边三角形AQC的边长为2l，P、D分别为AQ、AC的中点．带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为l的O点以某一速度射出，在电场力作用下从QC边中点N以速度v0垂直QC射入区域Ⅰ，再从P点垂直AQ射入区域Ⅲ，又经历一系列运动后返回O点．（粒子重力忽略不计）求：

    （1）该粒子的比荷．
    （2）粒子从O点出发再回到O点的整个运动过程所需时间．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （18分）如图所示，一质量为m、电荷量为q、重力不计的微粒，从倾斜放置的平行电容器I的A板处由静止释放，A、B间电压为U1。微粒经加速后，从D板左边缘进入一水平放置的平行板电容器II，由C板右边缘且平行于极板方向射出，已知电容器II的板长为板间距离的2倍。电容器右侧竖直面MN与PQ之间的足够大空间中存在着水平向右的匀强磁场（图中未画出），MN与PQ之间的距离为L，磁感应强度大小为B。在微粒的运动路径上有一厚度不计的窄塑料板（垂直纸面方向的宽度很小），斜放在MN与PQ之间，=45°。求：

    （1）微粒从电容器I加速后的速度大小；
    （2）电容器II  CD间的电压；
    （3）假设粒子与塑料板碰撞后，电量和速度大小不变、方向变化遵循光的反射定律，碰撞时间极短忽略不计，微粒在MN与PQ之间运动的时间和路程。

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （20分）一个“”形导轨PONQ，其质量为M=2.0kg，放在光滑绝缘的水平面上，处于匀强磁场中，另有一根质量为m=0.60kg的金属棒CD跨放在导轨上，CD与导轨的动摩擦因数是0.20，CD棒与ON边平行，左边靠着光滑的固定立柱a、b，匀强磁场以ab为界，左侧的磁场方向竖直向上（图中表示为垂直于纸面向外），右侧磁场方向水平向右，磁感应强度的大小都是0.80T，如图所示，已知导轨ON段长为0.50m，电阻是0.40Ω，金属棒CD的电阻是0.20Ω，其余电阻不计。导轨在水平拉力作用下由静止开始以0.20m/s2的加速度做匀加速直线运动，一直到CD中的电流达到4.0A时，导轨改做匀速直线运动.设导轨足够长，取g=10m/s2.求：

    ⑴导轨运动起来后，C、D两点哪点电势较高？
    ⑵导轨做匀速运动时，水平拉力F的大小是多少？
    ⑶导轨做匀加速运动的过程中，水平拉力F的最小值是多少？
    ⑷CD上消耗的电功率为P=0.80W时，水平拉力F做功的功率是多大？

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    （16分）如图所示，在xoy平面的第四象限内存在沿y轴正方向的匀强磁场，场强大小为E，第一象限存在一有界匀强磁场，方向垂直于xoy平面向里，磁感应强度为B，磁场上边界与x轴正向夹角θ=30°，直线MN与y轴平行，N点坐标为（L,0），现从MN上的P点无初速度释放质量为m，电荷量为q的带正电粒子，不计粒子的重力，求：

    （1）若粒子进入磁场后将垂直于上边界射出磁场，求PN之间的距离；
    （2）若粒子进入磁场后能再次回到电场中，则PN之间的距离应满足什么条件？

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