题目内容

如图所示，半圆有界匀强磁场的圆心O1在x轴上，OO1距离等于半圆磁场的半径，磁感应强度大小为B1．虚线MN平行x轴且与半圆相切于P点．在MN上方是正交的匀强电场和匀强磁场，电场场强大小为E，方向沿x轴负向，磁场磁感应强度大小为B2．B1、B2方向均垂直纸面，方向如图所示．有一群相同的正粒子，以相同的速率沿不同方向从原点O射入第I象限，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后，恰好在正交的电磁场中做直线运动，粒子质量为m，电荷量为q（粒子重力不计）．求：
（1）粒子初速度大小和有界半圆磁场的半径．
（2）若撤去磁场B2，则经过P点射入电场的粒子从y轴出电场时的坐标．
（3）若撤去磁场B2，设粒子进入磁场的初速度与x轴的夹角为θ，试写出粒子打到y轴上的坐标与θ的关系式．
（1）在MN上方，粒子做匀速直线运动，洛伦兹力与电场力平衡，故qv0B2=Eq；
解得：v0=
E
B2

由题意知粒子在磁场B1中圆周运动半径与该磁场半径相同，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有
qv0B1=m
v20
R
解得R=
mv0
qB1
=
mE
qB1B2

（2）在电场中粒子做类平抛运动：
x=R=
Eqt2
2m

y=v0t=
E
B2
2mR
Eq
=
mE
qB2
2
B1B2

故y′=y+R=
mE
qB2
(
2
B1B2
+
1
B1
)
（3）设粒子出B1磁场与半圆磁场边界交于Q点，如图所示，

找出轨迹圆心，可以看出四边形OO1O2Q四条边等长是平行四边形，所以半径O2Q与OO1平行．从Q点出磁场速度与O2Q垂直，所以垂直进入MN边界．
由几何关系：xQ=R-Rsinθ
粒子在电场中偏转，xQ=
1
2
at2y′′=R+v0t a=
qE
m

解上式得：y′′=
mE
qB1B2
+
mE
q
B2
2(1-sinθ)
B1B2

答：（1）粒子初速度大小为，有界半圆磁场的半径为
mE
qB1B2
；
（2）若撤去磁场B2，则经过P点射入电场的粒子从y轴出电场时的坐标为
mE
qB2
(
2
B1B2
+
1
B1
)；
（3）粒子打到y轴上的坐标与θ的关系式为y′′=
mE
qB1B2
+
mE
q
B2
2(1-sinθ)
B1B2
．
练习册系列答案
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如图所示，一质量为m，带电量为-q，不计重力的粒子，从x轴上的P（a，0）点以速度大小为v，沿与x轴正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限．求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B；
（2）穿过第一象限的时间t．
如图所示，直角坐标系的Y轴左方为垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B．垂直x轴竖直放置一个足够大接收屏PO，它离原点距离为Og=L/2；直角坐标系的第一象限和第四象限的abc0，Ocdf均是边长为L的正方形，其内以a、f为圆心各有一垂直纸面方向的半径为乙的1/4圆形匀强磁场区域，磁感应强度的大小均为B．bd为一线状发射装置，射出一束质量为m、电荷量为s的电子，以相同的初速度沿纸面垂直于bd边射入两个正方形区域，电子从bd边上的任意点入射，都只能从原点O射出，进入Y轴左方磁场．不考虑电子之间的相互作用，不计重力．求：
（I）第一象限和第四象限中匀强磁场区域的磁感应强度的方向和电子初速度v0的大小；
（2）电子打到接收屏PQ上的范围；
（3）打在接收屏上的电子在磁场中运动的最长时间t．
由于科学研究的需要，常常将质子（
11
H）和α粒子（
42
He）等带电粒子贮存在圆环状空腔中，圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B．如果质子和α粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同（如图中虚线所示），磁场也相同，比较质子和α粒子在圆环状空腔中运动的动能EkH和Ekα及周期TH和Tα的大小，有（　　）
A．EkH≠Ekα，TH≠TαB．EkH=Ekα，TH=Tα
C．EkH≠Ekα，TH=TαD．EkH=Ekα，TH≠Tα
如图表示，在磁感强度为B的水平匀强磁场中，有一足够长的绝缘细棒OO′在竖直面内垂直磁场方向放置，细棒与水平面夹角为α．一质量为m、带电荷为+q的圆环A套在OO′棒上，圆环与棒间的动摩擦因数为μ，且μ＜tanα．现让圆环A由静止开始下滑，试问圆环在下滑过程中：
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（2）圆环A能够达到的最大速度为多大？
从阴极射线管发射出一束电子，在磁场的作用下发生偏转．下列各图对磁场与电子偏转情况所作的描述正确的是（　　）
A．B．C．D．
如图，某一初速度为v0的带电粒子进入一垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场，粒子垂直进入磁场时的速度与水平方向成θ=45°角，接着垂直进入一水平宽度为L、方向竖直向上的匀强电场（E大小未知），粒子穿出电场时速度大小变为原来的
2
倍．已知带电粒子的质量为m、电荷量为q，重力不计．
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（2）求磁场的水平宽度d；
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（1）离子从小孔A射出时速度v0；
（2）离子带正电还是负电？C点离MN板的距离？
如图所示，在X＞0，Y＞0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于XOY平面向里，大小为B．现有一质量为m、电量为q的带正电粒子，从在x轴上的某点P沿着与x轴成300角的方向射入磁场．不计重力的影响，则下列有关说法中正确的是（　　）
A．只要粒子的速率合适，粒子就可能通过坐标原点
B．粒子一定不可能通过坐标原点
C．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为
πm
Bq
D．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为
πm
6Bq

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