如图甲所示,两平行金属板A、B的板长L=0.2m,板间距d=0.2m,两金属板间加如图乙所示的交变电压,并在两板间形成交变的匀强电场,忽略其边缘效应,在金属板上侧有一方向垂直于纸面向里的匀强磁场,其上下宽度D= 0.4m,左右范围足够大,边界MN和PQ均与金属板垂直,匀强磁场的磁感应强度B =1×l0-2T.在极板下侧中点O处有一粒子源,从t=0时起不断地沿着OO’发射比荷=1×l08 C/kg.初速度为v0=2×l05m/s的带正电粒子,忽略粒子重力、粒子间相互作用以及粒子在极板间飞行时极板间的电压变化.
(1)求粒子进入磁场时的最大速率;
(2)对于能从MN边界飞出磁场的粒子,其在磁场的入射点和出射点的间距s是否为定值?若是,求该值;若不是,求s与粒子由O出发的时刻t之间的关系式;
(3)定义在磁场中飞行时间最长的粒子为{A类粒子},求出{A类粒子}在磁场中飞行的时间,以及由O出发的可能时刻.
(1)(2)
是定值;(3)粒子从O点出发的时刻可能是t=4n+0.4s(n=0,1,2…)
解析试题分析:(1)设偏转的电压为U0时,粒子刚好能经过极板的右边缘射出.解得:U0=400V.知偏转电压为400V时,粒子恰好能射出电场,且速度最大.
根据动能定理得,
解得:
(2)如图,设粒子射出电场速度方向与OO′间夹角为θ.粒子射出电场时速度大小为:;由几何关系得:s=2Rcosθ解得:
,是一个定值.
(3)如图,{A类粒子}在电场中向B板偏转,在磁场中的轨迹恰好与上边界相切,
则有:R(1+sinθ)="D"
联立以上各式,可得:sinθ=0.6,所以θ=37°;则在磁场中飞行的时间为:
进入磁场时,vy1=v0tanθ=1.5×105m/s
又,对应AB的电压为U1=300V
所以粒子从O点出发的时刻可能是t=4n+0.4s(n=0,1,2…)
考点:带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;带电粒子在匀强磁场中的运动.
科目:高中物理 来源: 题型:单选题
光滑绝缘水平面上有一个带点质点正在以速度向右运动。如果加一个竖直向下的匀强磁场,经过一段时间后,该质点的速度第一次变为与初始时刻的速度大小相等、方向相反;如果不加匀强磁场而改为加一个沿水平方向的匀强电场,经过相同的一段时间后,该质点的速度也第一次变为与初始时刻的速度大小相等、方向相反,则所加的匀强磁场的磁感应强度
和所加的匀强电场的电场强度
的比值
为
A.![]() | B.![]() |
C.![]() | D.![]() |
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(20分)如图所示,竖直平面内的直角坐标系中,X轴上方有一个圆形有界匀强磁场(图中未画出),x轴下方分布有斜向左上与Y轴方向夹角θ=45°的匀强电场;在x轴上放置有一挡板,长0.16m,板的中心与O点重合。今有一带正电粒子从y轴上某点P以初速度v0=40m/s与y轴负向成45°角射入第一象限,经过圆形有界磁场时恰好偏转90°,并从A点进入下方电场,如图所示。已知A点坐标(0.4m,0),匀强磁场垂直纸面向外,磁感应强度大小B=T,粒子的荷质比
C/kg,不计粒子的重力。问:
(1)带电粒子在圆形磁场中运动时,轨迹半径多大?
(2)圆形磁场区域的最小面积为多少?
(3)为使粒子出电场时不打在挡板上,电场强度应满足什么要求?
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
如图所示,坐标平面的第I象限内存在大小为E、方向水平向左的匀强电场,足够长的挡板MN垂直x轴放置且距离点O为d.第Ⅱ象 限内存在垂直于纸面向里的匀强磁场.磁感应强 度为B。一质量为m,带电量为-q的粒子(重力忽略不计)若自距原点O为L的A点以一定的 速度垂直x轴进入磁场,则粒子恰好到达O点而不进入电场。现该粒子仍从A点进入磁场但初速 度大小为原来的4倍为使粒子进人电场后能垂直到达挡板MN上,求
(1)粒子第一次从A点进入磁场时,速度的大小:
(2)粒子第二次从A点进入磁场时,速度方向与x轴正向间的夹角大小
(3)粒子打到挡板上时的速度大小。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(10分)如图所示,两根平行且光滑的金属轨道固定在斜面上,斜面与水平面之间的夹角,轨道上端接一只阻值为R=0.4
的电阻器,在导轨间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁场的磁感应强度B=0.5 T,两轨道之间的距离为L=40cm,且轨道足够长,电阻不计。现将一质量为m="3" g,有效电阻为r=1.0
的金属杆ab放在轨道上,且与两轨道垂直,然后由静止释放,求:
(1)金属杆ab下滑过程中可达到的最大速率;
(2)金属杆ab达到最大速率以后,电阻器R每秒内产生的电热。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
如图在xoy坐标内,在0≤x≤6m的区域存在以ON为界的匀强磁场B1、B2,磁场方向均垂直xoy平面,方向如图,大小均为1T。在x>6m的区域内存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为×104V/m。一带正电的粒子(不计重力),其比荷q/m=1.0×104C/kg,从A板静止出发,经过加速电压(电压可调)加速后从坐标原点O沿x轴正方向射入磁场B1。
(1)要使该带电粒子经过坐标为(3,)的P点(P点在ON线上),求最大的加速电压U0;
(2)满足第(1)问加速电压的条件下,粒子再次通过x轴时到坐标原点O的距离和速度大小;
(3)粒子从经过O点开始计时,到达P点的时间。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(17分)如图所示,在xoy平面上,直线OM与x轴正方向夹角为45o,直线OM左侧存在平行y轴的匀强电场,方向沿y轴负方向。直线OM右侧存在垂直xoy平面向里的磁感应强度为B的匀强磁场。一带电量为q,质量为m带正电的粒子(忽略重力)从原点O沿x轴正方向以速度vo射入磁场。此后,粒子穿过磁场与电场的边界三次,恰好从电场中回到原点O。(粒子通过边界时,其运动不受边界的影响)
求: (1)粒子第一次在磁场中做圆周运动的半径;
(2)匀强电场的强度;
(3)粒子从O点射出至回到O点的时间。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(18分)如图(a)所示,有两级光滑的绝缘平台,高一级平台距离绝缘板的中心O的高度为h,低一级平台高度是高一级平台高度的一半.绝缘板放在水平地面上,板与地面间的动摩擦因数为μ,一轻质弹簧一端连接在绝缘板的中心,另一端固定在墙面上。边界GH左边存在着正交的匀强电场和变化的磁场,电场强度为E,磁感应强度变化情况如图(b)所示,磁感应强度大小均为B.有一质量为m、带负电的小球从高一级平台左边缘以一定初速滑过平台后在t=0时刻垂直于边界GH进入复合场中,设小球刚进入复合场时磁场方向向外且为正值.小球做圆周运动至O点处恰好与绝缘板发生弹性碰撞,碰撞后小球立即垂直于边界GH返回并滑上低一级平台,绝缘板从C开始向右压缩弹簧的最大距离为S到达D,求:
⑴ 磁场变化的周期T;
⑵ 小球从高一级平台左边缘滑出的初速度v;
⑶ 绝缘板的质量M;
⑷ 绝缘板压缩弹簧具有的弹性势能EP.
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(18分)如图为某同学设计的速度选择装置,两根足够长的光滑导轨/和
间距为L与水平方向成
角,上端接滑动变阻器R,匀强磁场
垂直导轨向上,金属棒ab质量为
垂直横跨在导轨上。滑动变阻器R两端连接水平放置的平行金属板,极板间距为d,板长为2d,匀强磁场B垂直纸面向内。粒子源能发射沿水平方向不同速率的带电粒子,粒子的质量为
,电荷量为q,ab棒的电阻为r,滑动变阻器的最大阻值为2r,其余部分电阻不计,不计粒子重力。
(1)ab棒静止未释放时,某种粒子恰好打在上极板中点P上,该粒子带何种电荷?该粒子的速度多大?
(2)调节变阻器使R=0.5r,然后释放ab棒,求ab棒的最大速度?
(3)当ab棒释放后达到最大速度时,若变阻器在范围调节,总有粒子能匀速穿过平行金属板,求这些粒子的速度范围?
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