如图所示,一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动,经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的最小的圆形匀强磁场区域(图中未画出磁场区域),粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场。电场强度大小为E,方向竖直向上。当粒子穿出电场时速度大小变为原来的倍。已知带电粒子的质量为m,电量为g,重力不计。粒子进入磁场前的速度如图与水平方向成θ=60°角。求:
(1)粒子带什么性质的电荷;
(2)粒子在磁场中运动时速度多大;
(3)该最小的圆形磁场区域的面积为多大?
(1)负电;(2)(3)
解析试题分析:(1)根据粒子在磁场中偏转的情况和左手定则可知,粒子带负电。
(2)由于洛伦兹力对粒子不做功,故粒子以原来的速率进入电场中,设带电粒子进入电场的初速度为v0,在电场中偏转时做类平抛运动,由题意知粒子离开电场时的末速度大小为,将分解为平行于电场方向和垂直于电场方向的两个分速度
由几何关系知 ①
②
③
④
⑤
联立求解①②③④⑤得
(3)如图所示,带电粒子在磁场中所受洛伦兹力作为向心力,设在磁场中做圆周运动的半径为R,圆形磁场区域的半径为r,则
⑦
⑧
由几何知识可得:r=Rsin30° ⑨
磁场区域的最小面积为 ⑩
联立求解⑧⑨⑩得
考点:带电粒子在电场中的运动及在磁场中的运动问题。
科目:高中物理 来源: 题型:单选题
如图所示,两平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动。ab、cd 两棒的质量之比为2∶1。用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉cd 棒,经过足够长时间以后
A.ab 棒、cd 棒都做匀速运动 |
B.ab 棒上的电流方向是由a 向b |
C.cd 棒所受安培力的大小等于2F/3 |
D.两棒间距离保持不变 |
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(12分)英国物理学家麦克斯韦认为,变化磁场会在空间激发感生电场,感生电场对自由电荷做功产生感生电动势。如图甲所示,方向竖直向下的磁场磁感应强度均匀增加,磁感应强度B随时间t的变化规律为B=kt(k为常数),这时产生感生电场的电场线是一系列逆时针方向以0为圆心的同心圆,且同一条电场线上各点的场强大小相等。
(1)在垂直磁场的平面内放一半径为r的导体环,求导体环中产生的感生电动势e;
(2)若在垂直磁场的平面内固定一半径为:的光滑绝缘细管,管内有一质量为m、带电量为+q的轻质小球,如图乙所示,使磁感应强度由零开始增大同时小球在感生电场的作用下,从静止开始运动,已知在半径为r的细管内二周产生的感生电动势e与该处感生电场电场强度E的关系为e=E·2πr,求当磁感应强度增大到B0时,细管对小球的弹力。(设小球在运动过程中电荷量保持不变,对原磁场的影响可忽略,不计小球重力。)
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(15分)如图(甲)所示,在xoy平面内有足够大的匀强电场,电场方向竖直向上,电场强度E=40N/C。在y轴左侧平面内有足够大的瞬时磁场,磁感应强度B1随时间t变化规律如图(乙)所示,15πs后磁场消失,选定磁场垂直向里为正方向。在y轴右侧平面内还有方向垂直纸面向外的恒定的匀强磁场,分布在一个半径为r=0.3m的圆形区域(图中未画出),且圆的左侧与y轴相切,磁感应强度B2=0.8T。t=0时刻,一质量m=8×10-4kg、电荷量q=+2×10-4C的微粒从x轴上xP=-0.8m处的P点以速度v=0.12m/s向x轴正方向入射,重力加速度g取10m/s2。
(1)求微粒在第二像限运动过程中离y轴、x轴的最大距离;
(2)若微粒穿过y轴右侧圆形磁场时,速度方向的偏转角度最大,求此圆形磁场的圆心坐标(x、y);
(3)若微粒以最大偏转角穿过磁场后, 击中x轴上的M点,求微粒从射入圆形磁场到击中M点的运动时间t 。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(18分)如图甲所示,两平行金属板长度l=0.2m,两板间电压U随时间t变化的图象如图乙所示。在金属板右侧有一左边界为MN的匀强磁场,磁感应强度B="0.01" T,方向垂直纸面向里。现有带正电的粒子连续不断地以速度v0=105m/s射入电场中,初速度方向沿两板间的中线OO′方向。磁场边界MN与中线OO′垂直。已知带电粒子的比荷q/m=108C/kg,粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可忽略不计。
(1)在每个粒子通过电场区域的时间内,可以把板间的电场强度看作是恒定的。请通过计算说明这种处理的合理性;
(2)设t="0.1" s时刻射入电场的带电粒子恰能从金属板边缘穿越电场射入磁场,求该带电粒子射出电场时速度的大小;
(3)对于所有经过电场射入磁场的带电粒子,设其射入磁场的入射点和从磁场射出的出射点间的距离为d,试通过推理判断d的大小是否随时间变化?
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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平面内,y轴左侧有沿x轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E;在0<x<L区域内,x轴上、下方有相反方向的匀强电场,电场强度大小均为2E;在x>L的区域内有垂直于xoy平面的匀强磁场,磁感应强度大小不变、方向做周期性变化。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子(粒子重力不计),由坐标为(-L,)的A点静止释放。
⑴求粒子第一次通过y轴时速度大小;
⑵求粒子第一次射入磁场时的位置坐标及速度;
⑶现控制磁场方向的变化周期和释放粒子的时刻,实现粒子能沿一定轨道做往复运动,求磁场的磁感应强度B大小取值范围。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(18分)真空中有如图l装置,水平放置的金属板A、B中间开有小孔,小孔的连线沿竖直放置的金属板C、D的中间线,一质量为m、电荷量为q的带正电粒子(初速不计、重力不计)P进入A、B间被加速后,再进入金属板C、D间的偏转电场偏转,并恰能从D板下边缘射出。已知金属板A、B间电势差为UAB=+U0,C、D板长度均为L,C、D板间距为。在金属板C、D下方有如图l所示的、有上边界的、范围足够大的匀强磁场,该磁场上边界与金属板C、D下端重合,其磁感应强度随时间变化的图象如图2,图2中的B0为已知,但其变化周期T未知,忽略偏转电场的边界效应。
(1)求金属板C、D间的电势差UCD;
(2)求粒子刚进入磁场时的速度;
(3)已知垂直纸面向里的磁场方向为正方向,该粒子在图2中t=时刻进入磁场,并在t=T0时刻的速度方向恰好水平,求该粒子从射入磁场到离开磁场的总时间t总。
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科目:高中物理 来源: 题型:计算题
(14分)如图所示,直角坐标系中,M点的横坐标区域内,有竖直向下的匀强电场;N点的横坐标以N为圆心、r为半径的圆内及圆边界上有垂直于纸面向里的匀强磁场.P为磁场边界上一点.NP与竖直方向的夹角.从M点沿轴正方向发射一质量为m、电荷量为q的带负电粒子,粒子速度大小为,粒子沿过P点的切线方向射出电场。后经P点进人磁场运动且经过N点,不计粒子重力,求:
(1)匀强电场的电场强度E;
(2)勾强磁场的磁感应强度B;
(3)粒子从M点到第一次经过N点所用的时间t.
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