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(18分)在平面直角坐标系的第一象限内存在一有界匀强磁场,该磁场的磁感应强度大小为B=0.1T,方向垂直于xOy平面向里,在坐标原点O处有一正离子放射源,放射出的正离子的比荷都为=1×106C/kg,且速度方向与磁场方向垂直。若各离子间的相互作用和离子的重力都可以忽略不计。
(1)如图甲所示,若第一象限存在直角三角形AOC的有界磁场,∠OAC=30°,AO边的长度l=0.3m,正离子从O点沿x轴正方向以某一速度射入,要使离子恰好能从AC边射出,求离子的速度大小及离子在磁场中运动的时间。
(2)如图乙所示,若第一象限存在一未知位置的有界匀强磁场,正离子放射源放射出不同速度的离子,所有正离子入射磁场的方向均沿x轴正方向,且最大速度vm=4.0×10 4m/s,为保证所有离子离开磁场的时候,速度方向都沿y轴正方向,试求磁场的最小面积,并在图乙中画出它的形状。
(1)     (2)

试题分析:(1)正粒子在磁场中做匀速圆周运动,粒子刚好从AC边上的D点射出时,即轨迹与AC相切与D点。如图甲所示,粒子轨迹圆的圆心为,轨迹半径为

有几何关系可得  得
洛伦兹力提供向心力:

恰好从D点射出时,粒子转过的圆心角
圆周运动的周期
粒子在磁场中运动时间
(2)所以粒子进入磁场后都沿逆时针做匀速圆周运动,入射速度沿x轴正向,出射方向沿y轴正方向,速度偏向角,而且所有粒子圆周运动圆心都在 y轴正方向上。满足要求的最小磁场区域如下图所示

根据洛伦兹力提供向心力
整理得圆周运动的最大半径
所有磁场区域的最小面积为
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

在边长为2a的正△ABC内存在垂直纸面向里的磁感强度为B的匀强磁场,有一带正电q,质量为m的粒子从距A点的D点垂直AB方向进入磁场,如下图所示,求:

(1)粒子速率应满足什么条件,粒子能从AB间射出;
(2)粒子速率应满足什么条件,粒子能从AC间射出。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

关于安培力和洛仑兹力,下列说法正确的是(  )
A.安培力是洛仑兹力的宏观表现
B.安培力和洛仑兹力是性质不同的两种力
C.洛仑兹力是安培力的宏观表现
D.安培力和洛仑兹力,两者是同一个力的两个名称

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在xOy坐标系的第一象限中有一半径为r=0.1 m的圆形磁场区域,磁感应强度B=1 T,方向垂直纸面向里,该区域同时与x轴、y轴相切,切点分别为A、C.现有大量质量为1×10-18 kg(重力不计),电量大小为2×10-10 C,速率均为2×107m/s的带负电的粒子从A处垂直磁场进入第一象限,速度方向与y轴夹角为θ,且0<θ<180°,则下列说法错误的是(   )

A.粒子的轨迹圆和磁场圆的半径相等
B.这些粒子轨迹圆的圆心构成的圆和磁场圆的半径相等
C.部分粒子的运动轨迹可以穿越坐标系进入第2象限
D.粒子的轨迹可以覆盖整个磁场圆

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(4分)如图所示,矩形区域宽度为l,其内有磁感应强度为B、垂直纸面向外的匀强磁场.一带电粒子以初速度v0垂直左边界射入,飞出磁场时偏离原方向300.若撤去原来的磁场,在此区域内加一个电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场(图中未画出),带电粒子仍以原来的初速度入射.不计粒子的重力,求:

(1)带电粒子在磁场中的运动半径;
(2)带电粒子在磁场中运动的时间;
(3)带电粒子飞出电场后的偏转角.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,一半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一质量为,电量为的正电荷(重力忽略不计)以速度沿正对着圆心o的方向射入磁场,从磁场中射出时速度方向改变了角。磁场的磁感应强度大小为
A.B.
C.D.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

如图所示,一个质量为m、电荷量为q,不计重力的带电粒子,从x轴上的P(a,0)点,以速度v沿与x轴正方向成60°角射入第一象限内的匀强磁场中,并恰好垂直于y轴射出第一象限。

(1)判断粒子的电性;
(2)求:匀强磁场的磁感应强度B的大小和粒子通过第一象限的时间。

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(14分)如左图所示,x≥0的区域内有如右图所示大小不变、方向随时间周期性变化的磁场,磁场方向垂直纸面向外时为正方向。现有一质量为m、带电量为q的正电粒子,在t=0时刻从坐标原点O以速度v沿着与x轴正方向成75°角射入。粒子运动一段时间到达P点,P点坐标为(a,a),此时粒子的速度方向与延长线的夹角为30°.粒子在这过程中只受磁场力的作用。

(1)若B为已知量,试求粒子在磁场中运动时的轨道半径R及周期T的表达式。
(2)说明在OP间运动的时间跟所加磁场的变化周期T之间应有什么样的关系才能使粒子完成上述运动。
(3)若B为未知量,那么所加磁场的变化周期T、磁感强度B0的大小各应满足什么条件,才能使粒子完成上述运动?(写出T及B0各应满足条件的表达式)

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(10分)如图所示,带负电的粒子垂直磁场方向沿半径进入圆形匀强磁场区域,出磁场时速度偏离原方向60°角,已知带电粒子质量m=3×10-20kg,电量q=10-13C,速度v0=105m/s,磁场区域的半径R=3×10-1m,不计重力,求磁场的磁感应强度。

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