1、简答题 如图甲所示,真空区域内有一粒子源A,能每隔
的时间间隔定时地沿AO方向向外发出一个粒子.虚线右侧为一有理想边界的相互正交的匀强电场和匀强磁场区域,离虚线距离为L的位置处有一荧光屏,粒子打到荧光屏上将使荧光屏上出现一个亮点.虚线和荧光屏相互平行,而AO与荧光屏相互垂直.如果某时刻粒子运动到虚线位置开始计时(记为t=0),加上如图乙所示周期性变化的电、磁场,场强大小关系为=B(其中为粒子到达虚线位置时的速度大小),发现t=等时刻到达虚线位置的粒子在t=2T时刻到达荧光屏上的O点;在t=时刻到达虚线位置的粒子打到荧光屏上的P点,且OP之间的距离为,试根据以上条件确定,荧光屏上在哪些时刻,在什么位置有粒子到达?

参考答案:由于t=3T2时刻到达虚线的粒子在=2T时刻到达荧光屏上的O点,而在t=3T2~t=2T期间电场和磁场都为零,粒子沿直线运动到O点,说明粒子的重力不计,故:
(1)t=0时刻进入的粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡,故做匀速直线运动,在t=T2时刻到达O点.
(2)t=T2时刻进入的粒子只受电场力作用,做类平抛运动,t=T时刻到达P点,OP=L2.
(3)t=T时刻进入的粒子只受洛伦兹力作用,则得
x=v0?T2=L
得Lv0=T2或v0T=2L
由y=12?E0qm?(T2)2=L2得
mE0q=T24L
又由qv0B=mv20R,联立得R=mv0qB=L
粒子在磁场中运动的周期为 T0=2πmqB=πT
设经过T2时间即3T2时刻粒子运动到F点,设此过程中粒子转过的圆心角为θ,则
θ2π=12TπT,则得θ=1rad
以后粒子不受力做匀速直线运动的打到Q点,由QO点间的距离为
yQO=(L-Lcosθ)+(L-Lsinθ)tanθ=(L-Lcos1)+)+(L-Lsin1)tan1;
(4)t=3T2时刻到达虚线位置的粒子做匀速直线运动在t=2T时刻到达荧光屏上的O点;
(5)以后重复,即:t=2kT(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+12)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点;
t=(2k+12)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达P点;
t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T+T2+L-sin1v0cos1(k=0,1,2,3,…)时刻到达Q点;
t=(2k+32)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+2)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点.
答:
t=2kT(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+12)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点;
t=(2k+12)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达P点;
t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T+T2+L-sin1v0cos1(k=0,1,2,3,…)时刻到达Q点;
t=(2k+32)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+2)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点.
本题解析:
本题难度:一般
2、简答题 如图1所示,在x轴上0到d范围内存在电场(图中未画出),x轴上各点的电场沿着x轴正方向,并且电场强度大小E随x的分布如图2所示;在x轴上d到2d范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一质量为m,电量为+q粒子沿x轴正方向以一定速度从O点进入电场,最终粒子恰从坐标为(2d,
d)的P点离开磁场.不计粒子重力.
(1)求在x=0.5d处,粒子的加速度大小a;
(2)求粒子在磁场中的运动时间t;
(3)类比是一种常用的研究方法.对于直线运动,教科书中讲解了由v-t图象求位移的方法.请你借鉴此方法,并结合其他物理知识,求电场对粒子的冲量大小I.

参考答案:(1)由图象,x=0.5d处,电场强度为E=0.5E0,由牛顿第二定律得:
qE=ma
解得:a=qE02m.
(2)在磁场中运动轨迹如图,设半径为R,由几何关系
R2=d2+(R-
本题解析:
本题难度:一般
3、选择题 如图所示,一矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场(ab、dc边足够长),现从矩形区域ad边的中点O处,垂直磁场射入一速度方向与ad边夹角为30°、大小为v0的带正电粒子,已知粒子质量为m,电荷量为q,ad边长为l,重力影响不计,要使粒子从ab边上射出磁场,则( )
A.只要粒子的速度小于
就能从ab边上射出磁场
B.只要粒子的速度大于就能从ab边上射出磁场
C.只要粒子的速度小于就能从ab边上射出磁场
D.速度在~范围内的粒子能从ab边上射出磁场