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如图所示,MN为两平行金属板,O、O为两金属板中心处正对的两个小孔,N板的右侧空间有磁感应强度大小均为B且方向相反的两匀强磁场区,图中N板与虚线CD、PQ为两磁场边界线,三条界线平行,两磁场区域的宽度分别为d和3d,沿边界线方向磁场区域足够大.在两金属板上加上大小可调节的直流电压,质量为m、电量为-q的带电粒子(重力不计);从O点由静止释放,经过MN板间的电场加速后,从O'沿垂直于磁场方向射入磁场,若粒子能穿过CD界并进入CD右侧磁场但不能穿过PQ界,最终打到N板而结束运动,试求:
(1)粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场,MN板间的电压至少要大于多少;
(2)粒子不穿过PQ界,粒子从O射入磁场所允许的最大速率;
(3)最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间.
(1)设MN间电压为U0时,若粒子在CD左侧磁场中运动的圆弧与CD界相切,如图甲,
粒子经电场加速:qU0=
1
2
mv02
在磁场中运动的圆周半径:r0=d
qBv0=m
v02
r0

由上述得:U0=
qB2d2
2m

粒子要穿过C界,电压应大于:
qB2d2
2m

(2)设粒子射入磁场速度为v时,粒子在CD左侧轨迹圆心为O1,右侧轨迹圆心为O2且圆弧与PQ相切,恰好不射出PQ界,
如图乙,
有:左右两圆周半径相同,均为r=2d
qBv=
mv2
r

得:v=
2qBd
m

(3)由图得圆弧圆心角为θ=
π
6
,α=
3

粒子圆周运动周期:T=
2πr
v
=
2πm
qB

粒子经过三段圆弧运动时间分别为:
t1=t3=
θ
T
t2=
α
T
在磁场中运动总时间:t=t1+t2+t3=
5πm
3qB

答:(1)粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场,MN板间的电压至少要大于:
qB2d2
2m

(2)粒子不穿过PQ界,粒子从O射入磁场所允许的最大速率为
2qBd
m

(3)最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间为
5πm
3qB
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,轻绳绕过轻滑轮连接着边长为L的正方形导线框A1和物块A2,线框A1的电阻为R,质量为M,物块A2的质量为mM>m),两匀强磁场区域I、II的高度也为L,磁感应强度均为B,方向水平与线框平面垂直。线框ab边距磁场边界高度为h。开始时各段绳都处于伸直状态,把它们由静止释放,ab边刚穿过两磁场的分界线CC进入磁场II时线框做匀速运动。求:
(1)ab边刚进入磁场I时线框A1的速度v1
(2)ab边进入磁场II后线框A1其重力的功率P
(3)从ab边刚进入磁场II到ab边刚穿出磁场II的过程中,线框中产生的焦耳热Q

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

(A)如图所示,在边长为L=1m的等边三角形ACD区域内,存在磁感应强度为B=
3
3
T、方向垂直纸面向外的匀强磁场,现有一束比荷
q
m
=102C/kg带正电粒子,从AC边中点P以平行于CD边的某一速度射入磁场,粒子的重力可忽略不计.
(1)若粒子进入磁场时的速度大小为v0=10m/s,求粒子在磁场中运动的轨道半径;
(2)若粒子能从AC边飞出磁场,求粒子在磁场中的运动时间;
(3)为使粒子能从CD边飞出磁场,粒子进入磁场时的速度大小应满足的条件?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图,在x>0、y>0的空间中有恒定的匀强磁场,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的带电粒子,在x轴上到原点的距离为x0的P点,以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场.不计重力的影响.由这些条件可知(  )
A.能确定粒子通过y轴时的位置
B.能确定粒子速度的大小
C.能确定粒子在磁场中运动所经历的时间
D.以上三个判断都不对

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如题图1所示的坐标系内,在x0(x0>0)处有一垂直工轴放置的挡板.在y轴与挡板之间的区域内存在一个与xoy平珏垂直且指向纸内的匀强磁场,磁感应强度B=0.2T.位于坐标原点O处的粒子源向xoy平面内发射出大量同种带正电的粒子,所有粒子的初速度大小均为vo=1.0×106m/s,方向与x轴正方向的夹角为θ,且0≤θ≤90°.该粒子的比荷为
q
m
=1.0×108C/kg
,不计粒子所受重力和粒子间的相互作用,粒子打到挡板上后均被挡板吸收.
(1)求粒子在磁场中运动的轨道半径R:
(2)如题图2所示,为使沿初速度方向与x轴正方向的夹角θ=30°射出的粒子不打到挡板上,则x0必须满足什么条件?该粒子在磁场中运动的时间是多少?
(3)若x0=5.0×10-2m,求粒子打在挡板上的范围(用y坐标表示),并用“”图样在题图3中画出粒子在磁场中所能到达的区域:

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图中左边有一对平行金属板,两板相距为d,电压为U,两板之间有匀强磁场,磁感应强度大小为B0,方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里.图中右边有一半径为R、圆心为O的圆形区域内也存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里.一正离子沿平行于金属板面、从A点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间,沿同一方向射出平行金属板之间的区域,并沿直径CD方向射入磁场区域,最后从圆形区域边界上的F点射出.已知速度的偏向角为θ=90°,不计重力.求:
(1)离子速度v的大小; 
(2)离子的比荷q/m.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

电子从A点以速度v垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,如图所示、电子的质量为m,电荷量为e,电子的重力和空气阻力均忽略不计,求:
(1)在图中正确画出电子从进入匀强磁场到离开匀强磁场时的轨迹;(用尺和圆规规范作图)
(2)求匀强磁场的磁感应强度.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在边界PQ上方有垂直纸面向里的匀强磁场,一对正、负电子同时从边界上的O点沿与PQ成θ角的方向以相同的速度v射入磁场中,则关于正、负电子,下列说法不正确的是(  )
A.在磁场中的运动时间相同
B.在磁场中运动的轨道半径相同
C.出边界时两者的速度相同
D.出边界点到O点处的距离相等

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强磁场,电场的方向平行于y轴向下:在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直于纸面向外,有一质量为m,带有电荷量+q的粒子由电场左侧平行于x轴射入电场,粒子到x轴上A点时,速度方向与x轴的夹角为φ,A点与原点O的距离为d,接着粒子进入磁场,并垂直于OC边离开磁场,不计重力影响,若OC与x轴的夹角也为φ,求:
(1)粒子在磁场中运动速度的大小;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)求带电粒子再次回到y轴所用的时间.

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