题目内容

如图，在某装置中有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于Oxy所在的纸面向外．某时刻在x=l0、y=0处，一质子沿y轴的负方向进入磁场；同一时刻，在x=-l0、y=0处，一个α粒子进入磁场，速度方向与磁场垂直．不考虑质子与α粒子的相互作用．质子的质量为m，电荷量为e．α粒子的质量是质子质量4倍，电荷量是质子电荷量的2倍．
（1）质子从x=l0处出发恰好经过坐标原点O，它的速度为多大？
（2）质子从x=l0处到达坐标原点O处的时间为多少？
（3）如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇，α粒子的速度应为何值？方向如何？
（1）质子从x=l0处出发恰好经过坐标原点O，知质子的轨道半径r1=
l0
2
，
根据evB=m
v2
r

解得质子的速度v=
eBr1
m
=
eBl0
2m
；
（2）质子在磁场中运动的周期T=
2πm
eB
，
则质子到达坐标原点O处的时间t=
T
2
=
πm
eB
．
（3）α粒子的周期T′=
2π?4m
2eB
=
4πm
eB
，周期是质子周期的2倍，
如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇，可知α粒子运动的时间为四分之一个周期．
即圆弧对应的圆心角为90度，根据几何关系知，α粒子的速度方向与x轴正方向成45°，
根据几何关系知，α粒子的轨道半径r2=
2
2
l0，
根据半径公式r2=
4mv′
2eB
，
解得v′=
2
eBl0
4m
．
答：（1）质子从x=l0处出发恰好经过坐标原点O，它的速度为
eBl0
2m
；
（2）质子从x=l0处到达坐标原点O处的时间为
πm
eB
；
（3）如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇，α粒子的速度应为
2
eBl0
4m
，方向与x轴的正方向成45°角．
练习册系列答案
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容器内某放射性原子在衰变生成新核过程中放出一个粒子，设该粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子从放射源出进入平行极板S1窄缝时初速度近似为零，平板电极S1和S2间的电势差为U，粒子经电场加速后，沿OX方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，OX垂直平板电极S2，当粒子从P点离开磁场右边界MN时，其速度方向与OX方位的夹角θ=60°，如图所示，整个装置处于真空中．
（1）求粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R；
（2）求粒子在磁场中运动所用时间t；
（3）若撤去磁场，并在原磁场区域加上平行于极板方向的匀强电场，使粒子仍然从边界MN上岸原方向出射，求所加匀强电场的电场强度大小．
一个质量m=0.1g的小滑块，带有q=5×10-4C的电荷，放置在倾角α=30°的光滑斜面上（斜面绝缘），斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示．小滑块由静止开始沿斜面下滑，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面．
问：（1）小滑块带何种电荷？
（2）小滑块离开斜面时的瞬时速度多大？
（3）该斜面的长度至少多长？
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）．
如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是竖直平面内三个相同的半圆形光滑轨道，K为轨道最低点，Ⅰ处于匀强磁场中，Ⅱ和Ⅲ处于匀强电场中，三个完全相同的带正电小球a、b、c从轨道最高点自由下滑至第一次到达最低点K的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．在K处球a速度最大
B．在K处球b对轨道压力最大
C．球b需要的时间最长
D．球c机械能损失最多
如图所示，一个电子（电量为e）以速度v0垂直射入磁感应强度为B，宽为d的匀强磁场中，穿出磁场的速度方向与电子原来的入射方向的夹角为30°，（电子重力忽略不计）求：
（1）标出电子在磁场中的轨迹的圆心O
（2）求电子在磁场中的轨道半径是多少？
（3）电子的质量是多少？
（4）电子穿过磁场的时间是多少？
如图所示，一束电子（电量为e）以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为θ=30°．（不计电子重力）求：
（1）电子的质量m；
（2）电子在磁场中的运动时间t．
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．
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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