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如图所示,真空中有一垂直于纸面向里的匀强磁场,其边界为同心圆,内、外半径分别为r和R.圆心处有一粒子源不断地沿半径方向射出质量为m、电荷量为q的带电粒子,其速度大小为v,不计粒子重力.若R=(
2
+1)r
,为使这些粒子不射出磁场外边界,匀强磁场磁感应强度至少为多大?

由题意知,磁感应强度最小时粒子轨迹与磁场外边界相切,作出粒子运动轨迹如图所示.
设粒子轨迹半径为R′,磁感应强度最小值为B,则根据洛伦兹力提供向心力:qvB=m
v2
R′

由几何关系有(R-R′)2=r2+R′2
解得:B=
mv
qr

答:匀强磁场磁感应强度至少为
mv
qr

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,圆形匀强磁场半径R=lcm,磁感应强度B=IT,方向垂直纸面向里,其上方有一对水平放置的平行金属板M、N,间距d=1cm,N板中央开有小孔S.小孔位于圆心0的正上方,S与O的连线交磁场边界于A.两金属板通过导线与匝数为100匝的矩形线圈相连(为表示线圈的绕向,图中只画了2匝),线圈内有垂直纸面向里且均匀增加的磁场,穿过线圈的磁通量变化率为
△φ
△t
=100wb/s.位于圆形磁场边界上某点(图中未画出)的离子源P,在纸面内向磁场区域发射速度大小为v=5
3
×105m/s,方向指向圆心的带正电的离子,离子的比荷为
q
m
=5×107c/kg,经一段时间后离子从磁场边界A点射出,沿直线AS进入M、N间的电场.(不计离子重力;离子碰到极板将被吸附)求:
(1)M、N间场强的大小和方向;
(2)离子源P到A点的距离;
(3)请计算说明离子进入M、N间电场后能否返回?
(4)离子在磁场中运动的总时间(计算时取π=3).

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在y轴的右侧存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,在x轴的上方有一平行板式加速电场.有一薄绝缘板放置在y轴处,且与纸面垂直.现在一质量为m、电荷量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速,然后以垂直于板的方向沿直线从A处穿过绝缘板,而后从x轴上的D处以与x轴负向夹角为30°的方向进入第四象限,此时再加一匀强电场,使粒子能沿直线从D点到达y轴上的C点.已知OD长为l,不计粒子的重力.求:
(1)粒子射入绝缘板之间的速度;
(2)粒子经过绝缘板时损失了多少动能;
(3)所加匀强电场的电场强度的大小及方向;
(4)带电粒子在y轴的右侧运行的总时间.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

一有界匀强磁场区域如图甲所示,质量为m、电阻为R的长方形矩形线圈abcd边长分别为L和2L,线圈一半在磁场内,一半在磁场外,磁感应强度为B0,t=0时刻磁场开始均匀减小,线圈中产生感应电流,在磁场力作用下运动,v-t图象如图乙,图中斜向虚线为过O点速度图线的切线,数据由图中给出,不考虑重力影响,则磁场磁感应强度的变化率
△B
△t
等于(  )
A.
mv0R
B0t1L3
B.
mv0R
2B0t1L2
C.
mv0R
B20
t1L3
D.
2mv0R
B0t1L3

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

美国发射的航天飞机“发现者”号搭载了一台α磁谱仪,其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所设计制造的直径为1200mm、高为80mm、中心磁感应强度为0.314T的永久磁体.它的主要使命是要探测宇宙空间中可能存在的物质,特别是宇宙中反氦原子核.若如图所示的磁谱仪中的4条径迹分别为质子、反质子、α粒子、反氦核的径迹,其中反氦核的径迹为(  )
A.1B.2C.3D.4

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场.带电量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动.忽略重力的影响,求:
(1)匀强电场场强E的大小;
(2)粒子从电场射出时速度ν的大小;
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

如图所示,边长为L的等边三角形ABC为两有界匀强磁场的理想边界,三角形内的磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B,三角形外的磁场(足够大)方向垂直纸面向里,磁感应强度大小也为B.把粒子源放在顶点A处,它将沿∠A的角平分线发射质量为m、电荷量为q、初速度为v0的带电粒子(粒子重力不计).若从A射出的粒子
①带负电,v0=
qBL
m
,第一次到达C点所用的时间为t1
②带负电,v0=
qBL
2m
,第一次到达C点所用的时间为t2
③带正电,v0=
qBL
m
,第一次到达C点所用的时间为t3
④带正电,v0=
qBL
2m
,第一次到达C点所用的时间为t4(  )
A.t1=t3<t2=t4B.t1<t2<t4<t3
C.t1<t2<t3<t4D.t1<t3<t2<t4

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科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,MN是磁感应强度为B的匀强磁场的边界,一质量为m,电荷量为q的粒子在纸面内从O点射入磁场,若粒子速度为v0,最远能落在边界上的A点.下列说法正确的有(  )
A.若粒子落在A点的左侧,其速度一定小于v0
B.若粒子落在A点的右侧,其速度一定大于v0
C.若粒子从距A点左侧d的位置离开,它在磁场中运动的时间一定小于
πm
qB
D.若粒子从距A点右侧d的位置离开,它在磁场中运动的时间可能等于
πm
qB

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在以OM和ON为边界的区域内有一磁感应强度为B,垂直于纸面向里的匀强磁场,在ON的左侧区域存在一平行于OM的匀强电场(图中未画出),OM、ON间的夹角α满足tanα=
3
2
,现有大量的带负电的粒子从O点以大小不同的速度垂直射入电场,粒子在MON平面内运动,一段时间后通过ON边界进入磁场,已知带电粒子的质量为m,带电量为q,以v0的初速度射入电场中的粒子在磁场中运动时恰好与OM边界相切.不计重力和粒子间的相互作用,tan37°=
3
4

(1)试确定这些带电粒子第一次进入磁场的方向;
(2)试确定匀强电场的电场强度的大小和方向;
(3)若带电粒子射入电场的初速度vx
4
9
v0 ,试确定这些带电粒子第一次在磁场中运动的时间范围.(可用反三角函数表示)

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