题目内容

如图所示，在直角坐标系的第三象限有垂直纸面向里的磁感应强度为B0的匀强磁场和竖直向下的电场强度为E0的匀强电场，一系列电荷量为q、质量不同的带负电的粒子（不计重力），沿与x轴平行的水平线通过第三象限电磁场进入y轴右侧垂直纸面向外的磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场左边界与y轴重合，磁场右边界与y轴平行且与x轴交于P点，已知OP=L，磁场上下足够长．
（1）求这束带电粒子速度的大小v；
（2）质量满足什么条件的带电粒子能第2次从y轴通过？
（3）如果一种带电粒子与磁场右边界成60°角射出磁场，则带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动时间是多少？
（1）由力的平衡条件，得：qE0=qvB0
得：v=
E0
B0
　　　　　　　　
（2）带电粒子在磁场中运动时，根据牛顿第二定律，有：
qvB=m
v2
R

整理得带电粒子质量：m=
qBR
v

由此式可知，质量越大的半径对应也越大，由几何关系做匀速圆周运动最大半径等于L，最大质量m=
qBLB0
E0

因此带电粒子能第2次从Y轴通过的质量应满足m≤
qBLB0
E0

（3）由几何关系可知带电粒子在磁场中运动时轨道半径为：R=2L，
运动周期为：T=
2πR
v

带电粒子在B磁场中运动时间为：t=
T
12

联立解得：t=
πlB0
3E0

答：（1）这束带电粒子速度的大小v=
E0
B0
；
（2）质量满足m≤
qBLB0
E0
条件的带电粒子能第2次从y轴通过；
（3）如果一种带电粒子与磁场右边界成60°角射出磁场，则带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动时间是
πlB0
3E0
．
练习册系列答案
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如图所示，圆形区域内有垂直纸面向内的匀强磁场，三个质量和电荷量都相同的带电粒子a、b、c，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入磁场，其运动轨迹如图．若带电粒子只受磁场力的作用，则下列说法错误的是（　　）
A．三个粒子都带正电荷
B．c粒子速率最小
C．c粒子在磁场中运动时间最短
D．它们做圆周运动的周期Ta=Tb=Tc
如图所示，边长为L的正方形PQMN区域内（含边界）有垂直于纸面向外的匀强磁场，左侧有水平向右的匀强电场，场强大小为E．质量为m、电荷量为q的带正电粒子从O点由静止开始释放，OPQ三点在同一水平直线上，OP=L，带电粒子从边界NM上的O′点离开磁场，O′与N点距离为
L
3
，则磁场磁感应强度的可能数值为（不计带电粒子重力）（　　）
A．
9
5
2mE
qL
B．3
2mE
qL
C．
12
5
2mE
qL
D．2
2mE
qL
如图所示，水平放置的两平行金属板间存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B1，方向与纸面垂直，电场的场强E=2.0×105V/m，方向竖直向下，PQ为板间中线．紧靠平行板右侧边缘建立平面直角坐标系xOy，在第一象限内，存在着以AO为理想边界的两个匀强磁场区域，方向如图所示，磁感应强度B2=B3=0.6T，AO和y轴间的夹角θ=30°．一束带负电的粒子，质量不同，带电量q=2.5×10-8C，以v=5×105m/s的水平速度从P点射入板间，沿PQ做直线运动，穿出平行板区域后从y轴上坐标为（0，0.3m）的Q点垂直于y轴射入磁场区域．（粒子的重力不计）
（1）求磁感应强度B1的大小和方向；
（2）若粒子不能穿过AO边界，试确定其质量m应满足的条件；
（3）若m=9.0×10-15kg，求粒子从Q点进入磁场区域开始至第n次通过AO边界时的位置到原点O的距离和该过程经历的时间．（结果可保留π）
如图所示，正方形容器处在匀强磁场中．一束电子从a孔垂直进入磁场射入容器中，其中一部分从c空射孔射出，一部分从d孔射出，则下列说法正确的是（　　）
A．从两孔射出的电子速率之比为vc：vd．=2：1
B．从两孔射出的电子在容器中运动所用时间之比为tc：td=1：2．
C．从两孔时出的电子在容器中运动时的加速度大小之比ac：ad=1：2
D．从两孔射出的电子在容器中运动时的加速度大小之比ac：ad=2：1
如图所示，两根足够长电阻不计的光滑导轨MM′和NN′间距为L=0.1m与水平方向成θ=30°角，MM’和NN’间有垂直导轨向上，磁感应强度B0=1T的匀强磁场，质量m0=0.1kg、阻值r=0.2Ω的金属棒ab垂直横跨在导轨上，电阻R=0.1Ω，在其两端连接竖直放置的间距为d=0.1m的平行金属板，板间有垂直纸面向里，磁感应强度B1=2T的匀强磁场．粒子源能发射沿水平方向的速率、质量和电量皆不相同的带电的粒子，经过金属板后部分粒子从与粒
子源处在同一水平线的小孔O飞入垂直纸面向里强度B2=4T宽度为d的匀强磁场ABCD区域．在磁场左下边界处放置如图所示的长2d的感光板．已知：导轨电阻不计，粒子重力不计．（g取10m/s2）
求：（1）释放ab棒后ab棒能达到的最大速度vm的大小；
（2）ab棒达到最大速度后，能从O点进入B2磁场区域的粒子速度v的大小；
（3）感光板上能接收到的粒子比荷（
q
m
）的范围．
如图所示，条形区域AA′BB′中存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B的大小为0.3T，AA′、BB′为磁场边界，它们相互平行，条形区域的长度足够长，宽度d=1m．一束带正电的某种粒子从AA′上的O点以沿着与AA′成60°角、大小不同的速度射入磁场，当粒子的速度小于某一值v0时，粒子在磁场区域内的运动时间t0=4×10-6s；当粒子速度为v1时，刚好垂直边界BB′射出磁场．取π=3，不计粒子所受重力．求：
（1）粒子的比荷
q
m
；
（2）速度v0和v1的大小．
已知某一带负电的粒子以以速度V0垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向外，有界磁场的宽度为d，粒子飞出磁场时速度的方向变化了30°，﹙粒子的重力不计﹚求：
（1）该粒子的比荷．
（2）粒子在磁场中飞行的时间．﹙结果均用d、B、V0表示﹚
如图所示，左侧为两间距d=10cm的平行金属板，加上电压；中间用虚线框表示的正三角形内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1，三角形底点A与下金属板平齐，AB边的中点P恰好在上金属板的右端点；三角形区域AC右侧也存在垂直纸面向里，范围足够大的匀强磁场B2．现从左端沿中心轴线方向以v0射入一个重力不计的带电微粒，微粒质量m=1.0×10-10kg，带电荷量q=-1.0×10-4C；带电粒子恰好从P点垂直AB边以速度v=2×105m/s进入磁场，则
（1）求带电微粒的初速度v0；
（2）若带电微粒第一次垂直穿过AC，则求磁感应强度B1及第一次在B1中飞行时间；
（3）带电微粒再次经AC边回到磁场B1后，求
B2
B1
的取值在什么范围可以使带电微粒只能从BC边穿出？

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