如图a所示.竖直直线MN左方有水平向右的匀强电场.现将一重力不计.比荷的正电荷置于电场中O点由静止释放.经过后.电荷以v0=1.5×104m/s的速度通过MN进入其右方的匀强磁场.磁场与纸面垂直.磁感应强度B按图b所示规律周期性变化(图b中磁场以垂直纸面向外为正.以电荷第一次通过MN时为t=0时刻.忽略磁场变化带来的影响).求:(1)匀强� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

（18分）如图a所示，竖直直线MN左方有水平向右的匀强电场，现将一重力不计，比荷的正电荷置于电场中O点由静止释放，经过后，电荷以v₀=1.5×10⁴m/s的速度通过MN进入其右方的匀强磁场，磁场与纸面垂直，磁感应强度B按图b所示规律周期性变化（图b中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过MN时为t=0时刻，忽略磁场变化带来的影响）。求：

（1）匀强电场的电场强度E；
（2）图b中时刻电荷与O点的竖直距离r。
（3）如图在O点下方d=39.5cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需要的时间。（结果保留2位有效数字）

（1）7.2×10³N/C （2）4cm （3）2.1×10^-4s

解析试题分析：（1）电荷在电场中做匀加速直线运动，设其在电场中运动的时间为t₁，有：v₀=at₁ ，Eq=ma，解得：E==7.2×10³N/C  。
（2）当磁场垂直纸面向外时，电荷运动的半径： r₁==5cm，周期  T₁==×10^-5s，当磁场垂直纸面向里时，电荷运动的半径：r₂==3cm，周期  T₂==×10^-5s ，故电荷从t=0时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图甲所示．

t=×10^-5s时刻电荷与O点的竖直距离：△d=2（r₁-r₂）=4cm  。
（3）电荷从第一次通过MN开始，其运动的周期为：T=×10^-5s，根据电荷的运动情况可知，电荷到达档板前运动的完整周期数为8个，此时电荷沿MN运动的距离：s=8△d=32cm  ，则最后7.5cm的距离如图乙所示，

有：r₁+r₁cosα=7.5cm
解得：cosα=0.5，则 α=60°
故电荷运动的总时间：t_总=t₁+8T+T₁=2.1×10^-4s
考点：带电粒子在匀强电场中的运动，牛顿第二定律，带电粒子在（周期性）匀强磁场中的运动

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（14分）如下图甲所示，在以O为坐标原点的xOy平面内，存在着范围足够大的电场和磁场。一个带正电小球在0时刻以v₀＝3gt₀的初速度从O点沿+x方向（水平向右）射入该空间，在t₀时刻该空间同时加上如下图乙所示的电场和磁场，其中电场沿+y方向（竖直向上），场强大小，磁场垂直于xOy平面向外，磁感应强度大小。已知小球的质量为m，带电量为q，时间单位t₀，当地重力加速度g，空气阻力不计。试求：

（1）12t₀末小球速度的大小。
（2）在给定的xOy坐标系中，大体画出小球在0到24t₀内运动轨迹的示意图。
（3）30t₀内小球距x轴的最大距离。

（18分）如图，在0≤x≤d的空间，存在垂直xOy平面的匀强磁场，方向垂直xOy平面向里。y轴上P点有一小孔，可以向y轴右侧垂直于磁场方向不断发射速率均为v、与y轴所成夹角θ可在0~180⁰范围内变化的带负电的粒子。已知θ =45⁰时，粒子恰好从磁场右边界与P点等高的Q点射出磁场，不计重力及粒子间的相互作用。求

（1）磁场的磁感应强度；
（2）若θ=30⁰，粒子射出磁场时与磁场边界的夹角（可用三角函数、根式表示）；
（3）能够从磁场右边界射出的粒子在磁场中经过的区域的面积（可用根式表示）。

如图所示，两平行金属板AB中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。A板带正电荷，B板带等量负电荷，板间电场强度为E；磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B₁。平行金属板右侧有一挡板M，中间有小孔O′，OO′是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场应强度为B₂。CD为磁场B₂边界上的一绝缘板，它与M板的夹角θ=45°，O′C=a，现有大量质量均为m，含有不同电荷量、不同速度的正、负带电粒子（不计重力），自O点沿OO′方向进入电磁场区域，其中有些粒子沿直线OO′方向运动，并进入匀强磁场B₂中，求：

（1）进入匀强磁场B₂的带电粒子的速度
（2）能击中绝缘板CD的粒子中，所带电荷量的最大值
（3）绝缘板CD上被带电粒子击中区域的长度

有一种“双聚焦分析器”质谱仪，工作原理如图所示。加速电场的电压为U，静电分析器中有辐向会聚电场，即与圆心O₁等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O₁；磁分析器中以O₂为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器．而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器．测量出Q点与圆心O₂的距离为d，位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为d/2．（题中的U、m、q、R、d都为已知量）

（1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；
（2）求磁分析器中磁感应强度B的大小；
（3）现将离子换成质量为4m ,电荷量仍为q的另一种正离子，其它条件不变．磁分析器空间足够大，离子不会从圆弧边界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移动，要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器，求收集器水平移动的距离．