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如图所示,电子电量为e=1.6×10-19C,质量为m=9.0×10-31kg,在O点以水平速度v0=8.0×106m/s沿极板中心飞入平行板电容器,已知两极板间距为d=16cm,板长为l=16cm,电子恰好从上极板的边缘飞出,进入垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,区域足够大,电子在磁场力的作用下又恰好从下极板边缘进入电场,并在进入电场瞬间改变极板电性,电压大小不变,(电子重力不计)求:
(1)电子第一次通过电场所花的时间.
(2)两极板间的电压大小.
(3)磁场的磁感应强度B为多少?
(4)请在图中画出电子在电场和磁场中运动的所有轨迹(不要求计算).
(1)粒子在电场中做类似平抛运动,平行极板方向,电子做匀速直线运动,有:
t=
l
v0
=
0.16
8×106
=2×108s
(2)垂直极板方向,电子做初速度为零的匀加速直线运动,有:
y=
1
2
at2
根据牛顿第二定律,有:
a=
eU
dm

解得:
U=
2mdy
et2
=
2×9×10-31×0.16×
0.16
2
1.6×10-19×(2×108)2
=360V
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
evtB=m
v2t
R

其中:vt=
v20
+(at)2
=8
2
×106m/s
由几何关系得:
R=0.8
2
m
故:B=
mvt
eR
=
9×10-31×8
2
×106
1.6×10-19×0.08
2
=5.625×10-4T
(4)如图所示

答:(1)电子第一次通过电场所花的时间为2×108s.
(2)两极板间的电压大小为360V.
(3)磁场的磁感应强度B为5.625×10-4T.
(4)电子在电场和磁场中运动的所有轨迹如图所示.
练习册系列答案
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科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

空间存在一个匀强磁场B,其方向垂直纸面向里,还有一点电荷Q的电场,如图所示,一带电粒子-q以初速度v0从图示位置垂直于电场、磁场入射,初位置到点电荷+Q的距离为r,则粒子在电、磁场中的运动轨迹不可能为(  )
A.以点电荷+Q为圆心,以r为半径,在纸平面内的圆周
B.初阶段在纸面内向右偏的曲线
C.初阶段在纸面内向左偏的曲线
D.沿初速度v0方向的直线

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

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E1
,上区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强电场,场强为
E2
.质量为m,电荷量为q的带正电小滑块(可视为质点),从直轨道上A点由静止开始下滑,A点离轨道最低点C的高度为2R,已知
E1
=
mg
q
,
E2
=
3mg
4q
,求:
(1)小滑块滑到C点时对轨道压力大小;
(2)小滑块离开D点后,运动到与D点等高时,距D点的水平距离;
(3)小滑块离开D点后,在区域Ⅱ运动过程中,经多长时间,它所受合外力的瞬时功率最小.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示的坐标系xoy中,M、P为与x轴垂直放置的足够大平板,其中M板位于x=0处.P为感光板位于x=2d处,N为位于x=d处的与P板平行的界面.位于坐标原点处的粒子源,可以向xov平面内y轴右侧的各个方向发射质量为m,电荷量为q、速率均相同的带正电粒子,在d≤x≤2d的区域内存在垂直坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场.粒子源沿x轴方向射出的粒子恰好打不到P上,不计粒子重力
(1)求从粒子源射出的粒子速率v0.
(2)若在M、N之间加上水平向有的匀强电场,场强大小E=
3qdB2
2m
,则感光板p上被粒子打中区域的长度多大?

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在x轴上方存在磁感应强度为B的匀强磁场,一对正、负电子(质量m,电荷量为e)从x轴上的O点以速度v斜向上射入磁场中,速度方向与x轴的夹角为45°并与磁场方向垂直.正电子在磁场中运动一段时间后,从x轴上的M点射出磁场.负电子在磁场中运动一段时间后,从x轴上的N点射出磁场.求:
(1)画出正、负电子的运动轨迹,在x轴上标出M、N的位置
(2)MN两点间的距离
(3)正电子在磁场中运动的时间.

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图为装置的垂直截面图,虚线A1A2是垂直截面与磁场区边界面的交线,匀强磁场分布在A1A2的右侧区域,磁感应强度B=0.4T,方向垂直纸面向外,A1A2与垂直截面上的水平线夹角为45°.在A1A2左侧,固定的薄板和等大的挡板均水平放置,它们与垂直截面交线分别为S1、S2,相距L=0.2m.在薄板上P处开一小孔,P与A1A2线上点D的水平距离为L.在小孔处装一个电子快门.起初快门开启,一旦有带正电微粒通过小孔,快门立即关闭,此后每隔T=3.0×10-3s开启一次并瞬间关闭.从S1S2之间的某一位置水平发射一速度为v0的带正电微粒,它经过磁场区域后入射到P处小孔.通过小孔的微粒与档板发生碰撞而反弹,反弹速度大小是碰前的0.5倍.
(1)通过一次反弹直接从小孔射出的微粒,其初速度v0应为多少?
(2)求上述微粒从最初水平射入磁场到第二次离开磁场的时间.(忽略微粒所受重力影响,碰撞过程无电荷转移.已知微粒的荷质比
q
m
=1.0×103C/kg
.只考虑纸面上带电微粒的运动)

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科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

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q
m
.

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(1)碰撞后两小球速度大小
(2)电场强度的大小与方向;
(3)小球运动的可能最大速率;
(4)b小球运动的可能最长时间.

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