52、如图所示,在直角坐标系的原点O处有一放射源,向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子。在放射源右边有一很薄的挡板,挡板与xoy平面交线的两端M、N与原点O正好构成等腰直角三角形。已知带电粒子的质量为m,带电量为q,速度为υMN的长度为L

(1)若在y轴右侧加一平行于x轴的匀强电场,要使y轴右侧所有运动的粒子都能打到挡板MN上,则电场强度E0的最小值为多大?在电场强度为E0时,打到板上的粒子动能为多大?

(2)若在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,磁场的磁感应强度不能超过多少(用m、υ、q、L表示)?若满足此条件,放射源O向外发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边?

解:⑴由题意知,要使y轴右侧所有运动粒子都能打在MN板上,其临界条件为:沿y轴方向运动的粒子作类平抛运动,且落在MN点。

M O′=Lt                 

a=                         

OO′=L =at2                ③

解①②③式得

E0=                       ④

由动能定理知

qE0×L =Ek           ⑤

解④⑤式得

Ek=                       ⑥

⑵由题意知,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,粒子轨迹直径的最小值为MN板的长度L

R0=L=               ⑦

B0=                        ⑧

放射源O发射出的粒子中,打在MN板上的粒子的临界径迹如图所示。

OM=ON,且OMON

OO1OO2

∴υ1⊥υ2

∴放射源O放射出的所有粒子中只有打在MN板的左侧。

评分标准:①②③④⑤⑥各1分,⑦⑧各2分,第2问的第二部分的文字叙述正确得2分。

50、如图甲所示,在边界MN左侧存在斜方向的匀强电场E1,在MN的右侧有竖直向上、场强大小为E2=0.4N/C的匀强电场,还有垂直纸面向内的匀强磁场B(图甲中未画出)和水平向右的匀强电场E3(图甲中未画出),BE3随时间变化的情况如图乙所示,P1P2为距MN边界2.28m的竖直墙壁,现有一带正电微粒质量为4×10-7kg,电量为1×10-5C,从左侧电场中距MN边界m的A处无初速释放后,沿直线以1m/s速度垂直MN边界进入右侧场区,设此时刻t=0, g =10m/s2.求:

(1)MN左侧匀强电场的电场强度E1(sin37º=0.6);

(2)带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度;

(3)带电微粒在MN右侧场区中运动多长时间与墙壁碰撞?(≈0.19)

  

解:(1)设MN左侧匀强电场场强为E1,方向与水平方向夹角为θ

带电小球受力如右图.

沿水平方向有   qE1cosθ=ma           (1分)

沿竖直方向有   qE1sinθ=mg           (1分)

    对水平方向的匀加速运动有    v2=2as     (1分)

  代入数据可解得 E1=0.5N/C           (1分)

θ=53º             (1分)

E1大小为0.5N/C,方向与水平向右方向夹53º角斜向上.

(2)   带电微粒在MN右侧场区始终满足 qE2=mg                (1分)

在0~1s时间内,带电微粒在E3电场中  m/s2 (1分)

   带电微粒在1s时的速度大小为 v1=v+at=1+0.1×1=1.1m/s       (1分)

   在1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中运动,周期为 s(1分)

   在1~1.5s时间内,带电微粒在磁场B中正好作半个圆周运动.所以带电微粒在MN右侧场区中运动了1.5s时的速度大小为1.1m/s, 方向水平向左.           (1分)

(3)在0s~1s时间内带电微粒前进距离 s1= vt+at2=1×1+×0.1×12=1.05m

带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径 m   (1分)

因为r+s1<2.28m,所以在1s~2s时间内带电微粒未碰及墙壁.

在2s~3s时间内带电微粒作匀加速运动,加速度仍为 a=0.1m/s2 ,

在3s内带电微粒共前进距离

   s3=m           (1分)

在3s时带电微粒的速度大小为 m/s

在3s~4s时间内带电微粒在磁场B中作圆周运动的半径

     m=0.19m         (1分)

因为r3+s3>2.28m,所以在4s时间内带电微粒碰及墙壁.

   带电微粒在3s以后运动情况如右图,其中 d=2.28-2.2=0.08m      (1分)

   sinθ=  ,   θ=30º        (1分)

所以,带电微粒作圆周运动的时间为

  s     (1分)

带电微粒与墙壁碰撞的时间为 t=3+=s   (1分)

 0  334352  334360  334366  334370  334376  334378  334382  334388  334390  334396  334402  334406  334408  334412  334418  334420  334426  334430  334432  334436  334438  334442  334444  334446  334447  334448  334450  334451  334452  334454  334456  334460  334462  334466  334468  334472  334478  334480  334486  334490  334492  334496  334502  334508  334510  334516  334520  334522  334528  334532  334538  334546  447090 

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