题目内容

12.如图所示,在一底边长为2L,θ=450的等腰三角形区域内(O为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场.现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从O点垂直于AB进入磁场,不计粒子重力与空气阻力的影响.
(1)磁感应强度B为多大时,粒子能以最大的圆周半径偏转后打到OA板上;
(2)增加磁感应强度的大小,可以延长粒子在磁场中的运动时间,求粒子在磁场中运动的极限时间.(不计粒子与AB板碰撞的作用时间,设粒子与AB板碰撞前后,电量保持不变并以相同的速率反弹)

分析 (1)根据动能定理求出粒子进入磁场的速度,结合几何关系求出粒子在磁场中运动的半径,结合半径公式求出磁感应强度的大小.
(2)粒子速率恒定,从进入磁场到第一次打到ED板的圆周轨迹到EC边相切时,路程最长,运动时间最长,结合几何关系求出粒子做圆周运动的半径,根据圆周运动的弧长求出最长时间.

解答 解:(1)粒子在电场中加速,由动能定理得:qU=$\frac{1}{2}$mv2,
要使粒子半径最大,粒子运动轨迹应与AC相切,粒子运动轨迹如图所示:

由几何知识可得:R+$\frac{R}{sinθ}$=L,
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提向心力,由牛顿第二定律得:
qvB=m$\frac{{v}^{2}}{R}$,
解得:B=$\frac{(1+\sqrt{2})\sqrt{2mqU}}{qL}$;
(2)粒子运动的轨道半径为r,r越小最后一次打在AB板的点越靠近A端点,在磁场中圆周运动的累积路程越长,运动时间越长,r为无穷小时,经过n个半圆周,最后一次打在A点,运动轨迹如图所示:

则:n=$\frac{L}{2r}$,圆周运动周期:T=$\frac{2πr}{v}$,
最长的极限时间:tm=n$\frac{T}{2}$=$\frac{πL}{2}$$\sqrt{\frac{m}{2qU}}$;
答:(1)磁感应强度B为$\frac{(1+\sqrt{2})\sqrt{2mqU}}{qL}$时,粒子能以最大的圆周半径偏转后打到OA板上;
(2)粒子在磁场中运动的极限时间为$\frac{πL}{2}$$\sqrt{\frac{m}{2qU}}$.

点评 处理带电粒子在磁场中运动问题,关键作出粒子的运动轨迹,会确定圆周运动的圆心、半径、圆心角,结合半径公式、周期公式进行求解.

练习册系列答案
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7.某同学用电压表和电流表测量Rx的电阻,已知电压表内阻约3kΩ,电流表内阻约1Ω.

(1)某同学用如图甲所示电路测量电阻Rx,Rx的测量值比真实值偏小(选填“偏大”或“偏小”);若被测电阻Rx的阻值约为10Ω,应采用图甲(选填“甲”或“乙”)所示由路误差会比较小.
(2)无论是用图甲还是图乙所示电路测量,都不可避免地会产生由电表内阻引起的系统误差.某学习小组设计了以下方案,以避免电表内阻引起的系统误差.该方案利用图丙所示的电路进行测量,主要实验步骤如下:
第一步:将开关S2接2,闭合开关S1,调节滑动变阻器Rp1和Rp2,使电表读数接近满量程,但不超过量程,记录此时电压表和电流表的示数U1、I1;
第二步操:将开关S2接1,闭合开关S1,保持滑动变阻器Rp1和Rp2滑片位置不变,记录此时电压表和电流表的示数U2、I2.
①用测得数据计算被测电阻阻值的计算式是Rx=Rx=$\frac{U_1}{I_1}-\frac{U_2}{I_2}$;.
②简要说明此实验方案为什么能避免由电表内阻引起的实验误差.当单刀双掷开关S2接2,闭合开关S1时有,$\frac{U_1}{I_1}$=Rx+RA+Rp2;当单刀双掷开关S2接1,闭合开关S1时有,$\frac{U_2}{I_2}$=RA+Rp2,所以有,Rx=$\frac{U_1}{I_1}-\frac{U_2}{I_2}$,该实验中电流表的内阻所产生的影响两次实验数据相减后被消除,电压表内阻对实验结果没有影响..

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