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(16分)如图所示,在矩形区域ABCD内有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=5.0×10—2T,矩形区域AD长为m,AB宽为0.2 m,在AD边中点O处有一放射源,某时刻,放射源沿纸面向磁场中各方向均匀地辐射出速率均为v=2×l06 m/s的某种带正电粒子,带电粒子质量m=1.6×10-27 kg,电荷量为q=+3.2×l0-19C(不计粒子重力),求:

(1)带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;

(2)从BC边界射出的粒子中,在磁场中运动的最短时间;

(3)分别从BC边界和CD边界射出粒子数目的比值。

 

【答案】

(1)? (2)?? (3)

【解析】

试题分析:(1)粒子进入匀强磁场,洛伦兹力提供向心力即

?? ?????? 得:(1分)

???? ? (2)因为所有粒子的轨迹半径相同,所以弦最短的圆所对应的圆心角最小,运动时间最短

作 EO弦最短(1分)

∵ ,且

所以对应的圆心角为 (1分)

∵(2分)

最短时间为: ,∴ (1分)

(3) 如图所示,沿OA射入的粒子从F点射出,为左边界;沿OO2射入的粒子轨迹与BC切点为右边界,所以从BC边界射出的粒子分布在图示FG区域,

?? 故从BC边射出粒子射入时分布的夹角??? (2分)

? 粒子从CD边界射出区域如下图所示

从D点射出粒子与AD成夹角 ,

∵

?????????????????????? (2分)

此时射入磁场的粒子速度方向与AD夹角为??? (1分)

当轨迹圆与BC相切时,为能从CD边射出磁场的最上边缘的粒子

该粒子进入磁场速度方向垂直AD向上,与OD边的夹角为

故从CD边界射出的粒子分布的夹角??????????? (1分)

故从两边界射出粒子的比例为???????? (2分)

考点:带电粒子在匀强磁场中的运动

 

练习册系列答案
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科目:高中物理 来源: 题型:

(08年广东实验中学三模) (16分)如图所示,在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系Oxyz(x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上).匀强磁场方向与Oxy平面平行,且与x轴的夹角为,重力加速度为g.一质量为m、电荷量为的带电质点沿平行于z轴正方向以速度v0做匀速直线运动.

(1)求电场强度的最小值及对应的磁感应强度;

(2)若电场强度为最小值,当带电质点通过y轴上的点时,撤去匀强磁场,求带电质点落在oxz平面内的位置.

(3)现需求解在(2)中带电质点到达oxz平面内的速度大小,试说明能否运用机械能守恒定律求解.

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科目:高中物理 来源: 题型:

(共16分)如图所示,MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距l为0.40m,电阻不计. 导轨所在平面与磁感庆强度B=5.0T的匀强磁场垂直。质量m=6.0×10-2kg、电阻r=0.5Ω的金属杆ab始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触。导轨两端分别接有阻值均为3.0Ω的电阻R1和R2。重力加速度取10m/s2,且导轨足够长,若使金属杆ab从静止开始下滑,求:

   (1)杆下滑的最大速率vm;

   (2)稳定后整个电路耗电的总功率P;

   (3)杆下滑速度稳定之后电阻R2两端的电压U.

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科目:高中物理 来源: 题型:

(共16分)如图所示,MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距l为0.40m,电阻不计. 导轨所在平面与磁感庆强度B=5.0T的匀强磁场垂直。质量m=6.0×10-2kg、电阻r=0.5Ω的金属杆ab始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触。导轨两端分别接有阻值均为3.0Ω的电阻R1和R2。重力加速度取10m/s2,且导轨足够长,若使金属杆ab从静止开始下滑,求:

   (1)杆下滑的最大速率vm;

   (2)稳定后整个电路耗电的总功率P;

   (3)杆下滑速度稳定之后电阻R2两端的电压U.

 

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科目:高中物理 来源:2012-2013学年广东省汕头市金山中学高二10月月考物理试卷(带解析) 题型:计算题

(16分)、如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径为R。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E,现有一质量为m,带电荷量为q的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s =5R的位置A,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零。已知该带电体所受电场力大小为重力的,重力加速度为g,求:

(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小;
(2)带电体运动刚刚经过圆弧形轨道的B点瞬间时对圆弧轨道的压力大小;
(3)带电体沿圆弧形轨道从B到C的运动过程中,电场力和摩擦力带电体所做的功各是多少。

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科目:高中物理 来源:2014届广东省汕头市高二10月月考物理试卷(解析版) 题型:计算题

(16分)、如图所示,水平绝缘光滑轨道AB的B端与处于竖直平面内的四分之一圆弧形粗糙绝缘轨道BC平滑连接,圆弧的半径为R。在轨道所在空间存在水平向右的匀强电场,电场强度E,现有一质量为m,带电荷量为q的带电体(可视为质点)放在水平轨道上与B端距离s =5R的位置A,由于受到电场力的作用带电体由静止开始运动,当运动到圆弧形轨道的C端时,速度恰好为零。已知该带电体所受电场力大小为重力的,重力加速度为g,求:

(1)带电体在水平轨道上运动的加速度大小及运动到B端时的速度大小;

(2)带电体运动刚刚经过圆弧形轨道的B点瞬间时对圆弧轨道的压力大小;

(3)带电体沿圆弧形轨道从B到C的运动过程中,电场力和摩擦力带电体所做的功各是多少。

 

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