题目内容

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
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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，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．
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
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
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．
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
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
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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