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(18分)下图为汤姆生在1897年测量阴极射线(电子)的荷质比时所用实验装置的示意图。K为阴极,A1和A2为连接在一起的中心空透的阳极,电子从阴检发出后被电场加速,只有运动方向与A1和A2的狭缝方向相同的电子才能通过,电子被加速后沿方向垂直进入方向互相垂直的电场、磁场的叠加区域。磁场方向垂直纸面向里,电场极板水平放置,电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转。已知圆形磁场的半径为R,圆心为C。

某校物理实验小组的同学们利用该装置,进行了以下探究测量:
首先他们调节两种场强的大小:当电场强度的大小为E,磁感应强度的大小为B时,使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动;然后撤去电场,保持磁场和电子的速度不变,使电子只在磁场力的作用下发生偏转,打要荧屏上出现一个亮点P,通过推算得到电子的偏转角为α(即:之间的夹角)。若可以忽略电子在阴极K处的初速度,则:
(1)电子在复合场中沿直线向右飞行的速度为多大?
(2)电子的比荷为多大?
(3)利用上述已知条件,你还能再求出一个其它的量吗?若能,请指出这个量的名称。
(1)
(2)
(3)还可以求出电子在磁场中做圆弧运动的圆半径r等

(1)电子在复合场中二力平衡,
                                                  ①

(2)如图所示,其中r为电子在磁场中做圆(弧)运动的圆轨道半径。

所以:                                         ③
                                                    ④
又因:                                       ⑤
联解以上四式得:               ⑥
(3)还可以求出电子在磁场中做圆弧运动的圆半径r等(或指出:加速电场的电压U,等即可)
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,为一圆形区域的匀强磁场,在O点处有一放射源,沿半径方向射出速率为的不同带电粒子,其中带电粒子1从A点飞出磁场,带电粒子2从B点飞出磁场,不考虑带电粒子的重力.则(     )
A.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为3∶1
B.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为∶1
C.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为2∶1
D.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为1∶2

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(9分)如图所示的坐标平面内,在y轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小B1=0.20T的匀强磁场,在y轴的右侧存在垂直纸面向里、宽度d=0.125m的匀强磁场B2.某时刻一质量m=2.0×10-8kg、电量q=+4.0×10-4C的带电微粒(重力可忽略不计),从x轴上坐标为(-0.25m,0)的P点以速度v=2.0×103 m/s沿y轴正方向运动.试求:

(1)微粒在y轴的左侧磁场中运动的轨道半径;
(2)微粒第一次经过y轴时速度方向与y轴正方向的夹角;
(3)要使微粒不能从右侧磁场边界飞出,B2应满足的条件

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(21分)如图甲所示,在空心三棱柱CDF以外足够大的空间中,充满着磁感应强度为B的匀强磁场。三棱柱的轴线与磁场平行,截面边长为L,三棱柱用绝缘薄板材料制成,其内部有平行于CD侧面的金属板P、Q,两金属板间的距离为d,P板带正电,Q板带负电,Q板中心有一小孔,P板上与小孔正对的位置有一个粒子源S,从S处可以发出初速度为0、带电量为+q、质量为m的粒子,这些粒子与三棱柱侧面碰撞时无能量损失。试求:
(1)为使从S点发出的粒子最终又回到S点,P、Q之间的电压U应满足什么条件?(Q与CD之间距离不计)
(2)粒子从S点出发又回到S点的最短时间是多少?
(3)若磁场是半径为a的圆柱形区域,如图乙所示,圆柱的轴线与三棱柱的轴线重合,且a=()L,要使S点发出的粒子最终又回到S点,则P、Q之间的电压不能超过多少?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题



(1)电子从板间射出的速度
(2)两板间所加电压
(3)电子在复合场区域运动到A点的曲率半径

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

一个质量为m,带电量为+q的带电粒子(不计重力),从图中原点O处以初速v0射入一个有界的匀强磁场中,已知v0方向为+y方向,匀强磁场的方向垂直于纸面向外(即+z方向),磁感应强度大小为B,它的边界为半径是r的圆形,O点恰在它的圆周上.粒子进入磁场后将做匀速圆周运动,已知它做圆周运动的轨道半径比圆形磁场的半径r大.

(1)改变这个圆形磁场区域的圆心的位置,可改变粒子在磁场中的偏转角度.求粒子在磁场中的最大偏转角度(用反三角函数表示).
(2)当粒子在磁场中的偏转角度最大时,它从磁场中射出后沿直线前进一定能打到x轴上,求满足此条件的r的取值范围.
 

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图,一匀强磁场磁感应强度为B,方向向里,其边界是半径为R的圆。AB为圆的一直径。在A点有一粒子源向圆平面内的各个方向发射质量m、电量+q的粒子,粒子重力不计。(结果保留2位有效数字)

(1)如果有一带电粒子以垂直于磁场的速度,沿半径方向进入圆形区域的磁场中。试证明此粒子一定沿半径方向射出磁场。
(2)如果磁场的边界是弹性边界,粒子沿半径方向射入磁场,粒子的速度大小满足什么条件,可使粒子在磁场中绕行一周回到出发点,并求离子运动的时间。
(3)如果R=3cm、B=0.2T,在A点的粒子源向圆平面内的各个方向发射速度均为106m/s,比荷为108c/kg的粒子.试画出在磁场中运动时间最长的粒子的运动轨迹并求此粒子的运动的时间。
(4)在(3)中,如果粒子的初速度大小均为3×105米/秒,求磁场中有粒子到达的面积.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:计算题

(12分)(2010·苏州模拟)质谱仪可测定同位素的组成.现有一束一价的钾39和钾41离

子经电场加速后,沿着与磁场和边界均垂直的方向进入匀强磁场中,
如图所示.测试时规定加速电压大小为U0,但在实验过程中加
速电压有较小的波动,可能偏大或偏小ΔU.为使钾39和钾41打在
照相底片上的区域不重叠,ΔU不得超过多少?(不计离子的重力)

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,在半径为R的圆内有一磁感应强度为B的向外的匀强磁场,一质量为m、电荷量为q的粒子(不计重力),从A点对着圆心方向垂直射入磁场,从C点飞出,则(   )
A.粒子带负电
B.粒子的轨道半径为R
C.带电粒子从C点飞出时,速度偏转角为120°
D.粒子在磁场中运动的时间为

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