1、简答题 如图所示,横截面是边长为a的等边三角形的管道内有垂直于纸面向里的匀强磁场,N为处于三角形一边中点的小孔.管道外有方向竖直向下,电场强度为E的匀强电场.质量为m、电荷世为q的带止电粒子自M点以水平初速度v0进入电场区域,已知粒子恰好从N孔垂直该边进入磁场区域,粒子与管道发生两次碰撞后仍从N孔射出,设粒子与管道碰撞过程中没有能量损失,且电荷量保持不变,不计粒子重力,求:
(1)粒子由M到N的水平距离;
(2)磁场的磁感应强度B;
(3)粒子由M点出发到第二次到达N孔所用的时间.
参考答案:(1)粒子由M到N做类平抛运动,
加速度:a=qEm,
竖直分速度vy=at1=qEt1m,
在N点,tan30°=vyv0=qEt1mv0=1
本题解析:
本题难度:简单
2、选择题 如图5所示,一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子,不计重力,在a点以某一初速
度水平向左射入磁场区域Ⅰ,沿曲线abcd运动,ab、bc、cd都是半径为R的圆弧.粒子在每段圆弧上运动的时间都为t.规定垂直于纸面向外的磁感应强度为正,则磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三部分的磁感应强度B随x变化的关系可能是图6中的 ( )
参考答案:C
本题解析:由左手定则可判断出磁感应强度B在磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ内磁场方向分别为向外、向里、向外,在三个区域中均运动圆周,故t=,由于T=,求得B=.只有C选项正确.
本题难度:一般
3、简答题 一足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,矩形区域的左边界ad长为L,现从ad中点O垂直于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,如图所示.已知粒子电荷量为q,质量为m(重力不计):
(1)若要求粒子能从ab边射出磁场,v0应满足什么条件?
(2)若要求粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从哪一条边界处射出?最长时间是多少?出射点位于该边界上何处?
参考答案:(1)粒子带正电,粒子运动的轨迹如图所示,当粒子的速度大于与R1相对应的速度v1时,粒子将恰好不从dc边射出.
由几何关系可得:R1=L…①
由洛仑兹力和向心力公式可得:qv1B=mv12R1…②
当粒子的速度小于与R2相对应的速度v2时,粒子将从ad边射出.
由几何关系可得:R2+R2sin30°=12L…③
由③式解得:R2=13L…④
由洛仑兹力和向心力公式可得:qv2B=mv22R2…⑤
将①④式分别代入②⑤式可解得v1=qBLm,v2=qBL3m
所以v0的取值范围是qBL3m<v0≤qBLm.
(2)若粒子在磁场中运动的时间最长,其对应的圆周运动的圆心角必然最大,在答图中,当粒子的速度小于v2时,粒子从ad边的不同位置射出时,其半径虽不同,但圆心角的夹角都是56×2π,所以粒子在磁场中的运动时间也是56T,此即粒子在磁场中运动的最长时间.
粒子运动的周期:T=2πRv=2πmqB所以粒子运动的最长时间为:t=56T=5πm3qB
.OP=2R2sin30°=R2=13L
即:粒子将从O点上方的13L的范围射出磁场.
答:(1)若要求粒子能从ab边射出磁场,v0应满足qBL3m<v0≤qBLm.
(2)若要求粒子在磁场中运动的时间最长,粒子应从ad边界处射出,最长时间是5πm3qB,
出射点位于该边界上O点上方13L处.
本题解析:
本题难度:一般
4、选择题 如图所示,在x>0,y>0的空间中有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里,大小为B.现有一质量为m、电量为q的带正电粒子,从在x轴上的某点P沿着与x轴成30°角的方向射入磁场.不计重力的影响,则下列有关说法中正确的是( )
A.只要粒子的速率合适,粒子就可能通过坐标原点
B.粒子一定不可能通过坐标原点
C.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为
D.粒子在磁场中运动所经历的时间可能为