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如图所示,真空中有以O′为圆心,r为半径的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度为B.圆的最下端与x轴相切于直角坐标原点O,圆的右端与平行于y轴的虚线MN相切,在虚线MN右侧x轴上方足够大的范围内有方向竖直向下、场强大小为E的匀强电场,在坐标系第四象限存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小也为B的匀强磁场,现从坐标原点O沿y轴正方向发射速率相同的质子,质子在磁场中做半径为r的匀速圆周运动,然后进入电场到达x轴上的C点.已知质子带电量为+q,质量为m,不计质子的重力、质子对电磁场的影响及质子间的相互作用力.求:
(1)质子刚进入电场时的速度方向和大小;
(2)OC间的距离;
(3)若质子到达C点后经过第四限的磁场后恰好被放在x轴上D点处(图上未画出)的一检测装置俘获,此后质子将不能再返回电场,则CD间的距离为多少.
(1)根据题意可知,质子的运动轨迹的半径与圆磁场半径相同,
由牛顿第二定律,则有:qvB=m
v2
r

得:v=
qBr
m

方向沿x轴正方向;
(2)质子在电场中做类平抛运动,
则质子电场中运动时间:r=
1
2
at2

由牛顿第二定律qE=ma
t=
2mr
qE

由题意可知x1=ON=r
电场中x2=NC=vt
OC间的距离为x=x1+x2=r+
qBr
m
2mr
qE

(3)竖直方向的速度vy=at
设质子合速度为v′
质子合速度与x轴正向夹角的正弦值sinθ=
vy
v′

x3=CD=2Rsinθ
运动半径:R=
mv′
qB

x3=CD=2
mv′
qB
vy
v′
=
2E
B
2mr
qE

答:(1)质子刚进入电场时的速度方向沿x轴正方向和大小v=
qBr
m

(2)OC间的距离r+
qBr
m
2mr
qE

(3)则CD间的距离为
2E
B
2mr
qE
练习册系列答案
相关习题

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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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,两根足够长电阻不计的光滑导轨MM′和NN′间距为L=0.1m与水平方向成θ=30°角,MM’和NN’间有垂直导轨向上,磁感应强度B0=1T的匀强磁场,质量m0=0.1kg、阻值r=0.2Ω的金属棒ab垂直横跨在导轨上,电阻R=0.1Ω,在其两端连接竖直放置的间距为d=0.1m的平行金属板,板间有垂直纸面向里,磁感应强度B1=2T的匀强磁场.粒子源能发射沿水平方向的速率、质量和电量皆不相同的带电的粒子,经过金属板后部分粒子从与粒
子源处在同一水平线的小孔O飞入垂直纸面向里强度B2=4T宽度为d的匀强磁场ABCD区域.在磁场左下边界处放置如图所示的长2d的感光板.已知:导轨电阻不计,粒子重力不计.(g取10m/s2
求:(1)释放ab棒后ab棒能达到的最大速度vm的大小;
(2)ab棒达到最大速度后,能从O点进入B2磁场区域的粒子速度v的大小;
(3)感光板上能接收到的粒子比荷(
q
m
)的范围.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,半径为R的半圆形区域内分布着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,半圆的左边垂直x轴放置一粒子发射装置,在-R≤y≤R的区间内各处均沿x轴正方向同时发射出一个带正电粒子,粒子质量均为m、电荷量均为q、初速度均为v,重力忽略不计,所有粒子均能穿过磁场到达y轴,其中最后到达y轴的粒子比最先到达y轴的粒子晚△t时间,则(  )
A.粒子到达y轴的位置一定各不相同
B.磁场区域半径R应满足R≤
mv
Bq
C.从x轴入射的粒子最先到达y轴
D.△t=
θm
qB
-
R
v
,其中角度θ的弧度值满足sinθ=
BqR

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

已知某一带负电的粒子以以速度V0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向外,有界磁场的宽度为d,粒子飞出磁场时速度的方向变化了30°,﹙粒子的重力不计﹚求:
(1)该粒子的比荷.
(2)粒子在磁场中飞行的时间.﹙结果均用d、B、V0表示﹚

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,半径为r=10cm的圆形匀强磁场区域边界跟y轴相切于坐标原点O,磁感应强度为B=0.332T,方向垂直纸面向里.在O处有一放射源,可沿纸面向各个方向射出速率为v=3.2×106m/s的带正电粒子,已知该粒子的质量m=6.64×10-27kg,电量为q=3.2×10-19C.不计重力.
(1)沿半径OC方向射出的粒子,穿过磁场时方向偏转角度θ是多大?
(2)在磁场中运动时间最长的粒子运动时间是多少?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

已知质子与氦核的质量之比为1:4,电荷量之比为1:2.当质子和氦核在同一匀强磁场中做半径相同的圆周运动时.设此时质子的动能为E1,氦核的动能为E2,则E1:E2等于(  )
A.4:1B.2:1C.1:1D.1:2

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,abcd是一个长方形盒子,在ad边和cd边上各开有小孔f和e,e是cd边上的中点,荧光屏M平行cd放置,能显示从e孔射出的粒子落点位置.盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽略.粒子经电压为U的电场加速后,从f孔垂直于ad边射入盒内,再经磁场偏转后恰好从e孔射出.若已知fd=
3
L,cd=2L,屏M与cd间的距离为
3
L,不计粒子重力和粒子之间的相互作用力.
(1)求带电粒子的比荷
q
m

(2)求带电粒子从f孔运动到屏M的时间t;
(3)若撤去磁场,盒子内加一平行于ad边的匀强电场,粒子经电场偏转后仍恰好从e孔射出,求电场强度大小.

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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平面内y轴与MN边界之间有沿x轴负方向的匀强电场,y轴左侧和MN边界右侧的空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小相等的匀强磁场,MN边界与y轴平行且间距保持不变.一质量为m、电荷量为-q的粒子以速度v0从坐标原点O沿x轴负方向射入磁场,每次经过磁场的时间均为t0,粒子重力不计.
(1)求磁感应强度的大小B.
(2)若t=5t0时粒子回到原点O,求电场区域的宽度d和此时的电场强度E0
(3)若带电粒子能够回到原点0,则电场强度E应满足什么条件?

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