1、计算题  （20分）如图所示，x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向上。在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场，在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q（q>0）和初速度v的带电微粒。发射时，这束带电微粒分布在0<y<2R的区间内。已知重力加速度大小为g。

（1）从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域，并从坐标原点O沿y轴负方向离开，求电场强度和磁感应强度的大小和方向。
（2）请指出这束带电微粒与x轴相交的区域，并说明理由。
（3）若这束带电微粒初速度变为2v，那么它们与x轴相交的区域又在哪里？并说明理由。

参考答案：（1），方向沿y轴正方向。，方向垂直xOy平面向外。
（2）这束带电微粒都是通过坐标原点后离开磁场的。理由见解析。
（3）这束带电微粒与x轴相交的区域范围是。

本题解析：
（1）带电微粒平行于x轴从C点进入磁场，说明带电微粒所受重力和电场力的大小相等，方向相反。设电场强度大小为E，由
mg=qE
可得电场强度大小

方向沿y轴正方向。
带电微粒进人磁场后受到重力、电场力和洛仑兹力的作用。由于电场力和重力相互抵消，它将做匀速圆周运动。如图(a)所示，考虑到带电微粒是从C点水平进入磁场，过O点后沿y轴负方向离开磁场，可得圆周运动半径
r=R
设磁感应强度大小为B，由
?可得磁感应强度大小
?方向垂直xOy平面向外。

（2）这束带电微粒都通过坐标原点。
理由说明如下：
方法一：从任一点P水平进人磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动，其圆心位于其正下方的Q点，如图(b)所示。这样，这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是如图所示的虚线半圆，此半圆的圆心是坐标原点。所以，这束带电微粒都是通过坐标原点后离开磁场的。
方法二：从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动。如图(b)所示，设P点与0?点的连线与y轴的夹角为，其圆周运动的圆心Q的坐标为(-Rsin，Rcos)，圆周运动轨迹方程为

而磁场边界是圆心坐标为(0，R)的圆周，其方程为

解上述两式，可得带电微粒做圆周运动的轨迹与磁场边界的交点为
或
坐标为(-Rsin，R(1+cos))的点就是P点，须舍去。由此可见，这束带电微粒都是通过坐标原点后离开磁场的。
（3）这束带电微粒与x轴相交的区域是x>0。
理由说明如下：
带电微粒初速度大小变为2v，则从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做匀速圆周运动的半径r?为
r?=
带电微粒在磁场中经过一段半径为的圆弧运动后，将在轴的右方(区域)离开磁场并做匀速直线运动，如图(c)所示。靠近点发射出来的带电微粒在穿出磁场后会射向x轴正方向的无穷远处：靠近点发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场。
所以，这束带电微粒与x轴相交的区域范围是。

本题难度：一般

2、简答题  如图所示，磁感应强度大小为B=0.15T，方向垂直纸面向里的匀强磁场分布在半径R=0.10m的圆形区域内，圆的左端点跟y轴相切于直角坐标系原点O，右端跟荧光屏MN相切于x轴上的A点．置于坐标原点O的粒子源可沿x轴正方向射出速度v0=3.0×106m/s的带电粒子流，比荷为q/m=1.0×108C/kg．不计粒子重力．求：
（1）粒子在磁场中运动的半径；
（2）粒子射到荧光屏MN上的点距A点的距离；
（3）现以O点并垂直于纸面的直线为轴，将圆形磁场逆时针缓慢旋转90°，在答题纸上用作图法画出此过程中粒子打在荧光屏上的最低点和最高点的位置．

参考答案：（1）粒子在磁场中作匀速圆周运动，设半径为r，
? 由牛顿第二定律可得：qv0B=mv20r，r=mv0qB
? 代入数据可得：r=0.20m?
? （2）作出粒子运动轨迹如图1所示．粒子在B点射出，磁场中转过的偏向角为θ，由图可得：tanθ2=Rr=0.5
? 由数学知识可得：tanθ=2tanθ21-tan2θ2=43
? 故PA=Rtanθ=0.1×43m=215m≈0.13m
? （3）当圆形磁场区域转过90°时，粒子打在A点，A点即为最低点，如图2所示．
作图说明：以O为圆心、OA为半径作出圆孤AE交y轴于E点，以E为圆心、EO为半径作粒子运动轨迹交AE孤于B点，连接CB并延长交屏于P点，P点即为粒子到达的最高点．



答：（1）粒子在磁场中运动的半径为0.20m；
? （2）粒子射到荧光屏MN上的点距A点的距离为0.13m；
? （3）当圆形磁场区域转过90°时，粒子打在A点，A点即为最低点，如图2所示．
作图说明：以O为圆心、OA为半径作出圆孤AE交y轴于E点，以E为圆心、EO为半径作粒子运动轨迹交AE孤于B点，连接CB并延长交屏于P点，P点即为粒子到达的最高点．如图3所示．

本题解析：

本题难度：一般

3、填空题  如图所示，截面为正方形的空腔abcd中有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，若有一束具有不同速率的电子由小孔a沿ab方向射入磁场，打在腔壁上的电子都被腔壁吸收，则由小孔c和小孔d射出的电子的速率之比为____；由小孔c和d射出的电子在磁场中运动的时间之比为____。

参考答案：2：l，1：2

本题解析：

本题难度：一般

4、简答题  如图所示，等腰直角三角形ABC的区域内有一垂直于纸面向内的匀强磁场，磁感应强度为B，已知AB=2a，现有一束质量为m，带电量为q的正粒子在AB的中点O处沿着垂直与AB的方向以v0打入磁场，在AC边上放置一块足够大的荧光屏，当v0=

参考答案：

（1）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛仑兹力提供向心力，有：qv0B=mv20R
当：v0=3aqBm时，R=3a
从0处打入的粒子当轨迹与BC相切时，知该圆轨迹的半径R1（图中虚线所示）满足：R1+a=

本题解析：

本题难度：一般

5、选择题  如图所示，两个半径相同的半圆形光滑轨道置于竖直平面内，左右两端等高，分别处于沿水平方向的匀强磁场和匀强电场中。两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放。M、N为轨道最低点，则下列说法中正确的是

[? ]
A．两个小球到达轨道最低点的速度vM＞vN
B．两个小球第一次经过轨道最低点时对轨道的压力FM＜FN
C．小球第一次到达M点的时间大于小球第一次到达N点的时间
D．在磁场中小球能到达轨道的另一端最高处，在电场中小球仍能到达轨道另一端最高处

参考答案：A

本题解析：

本题难度：一般