题目内容
9.(1)求偏转电场场强E0的大小以及HM与MN的夹角φ;
(2)求质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径;
(3)若质量为4m的离子恰好垂直打在NQ的中点S1处,求能打在NQ上的正离子的质量范围.
分析 (1)正离子被电压为U0的加速电场加速后的速度可以通过动能定理求出,而正离子垂直射入匀强偏转电场后,作类平抛运动,最终过极板HM上的小孔S离开电场,根据平抛运动的公式及几何关系即可求出电场场强E0,φ可以通过末速度沿场强方向和垂直电场方向的速度比求得正切值求解;
(2)正离子进入磁场后在匀强磁场中作匀速圆周运动,由洛仑兹力提供向心力,根据向心力公式即可求得半径;
(3)根据离子垂直打在NQ的位置及向心力公式分别求出运动的半径R1、R2,再根据几何关系求出S1和S2之间的距离,能打在NQ上的临界条件是,半径最大时打在Q上,最小时打在N点上,根据向心力公式和几何关系即可求出正离子的质量范围.
解答 解:(1)正离子被电压为U0的加速电场加速后速度设为v1,![]()
设对正离子,应用动能定理有:eU0=$\frac{1}{2}$mv12,
正离子垂直射入匀强偏转电场,
作类平抛运动受到电场力F=qE0,产生的加速度为:a=$\frac{F}{m}$,
即:a=$\frac{q{E}_{0}}{m}$,垂直电场方向匀速运动,有:2d=v1t,
沿场强方向:Y=$\frac{1}{2}$at2,联立解得:E0=$\frac{{U}_{0}}{d}$,
又tanφ=$\frac{{v}_{1}}{at}$,解得:φ=45°;
(2)正离子进入磁场时的速度大小为v2=$\sqrt{{v}_{1}^{2}+(at)^{2}}$,![]()
正离子在匀强磁场中作匀速圆周运动,由洛仑兹力提供向心力得:qv2B=m$\frac{{v}_{2}^{2}}{R}$,
解得离子在磁场中做圆周运动的半径:R=2$\sqrt{\frac{m{U}_{0}}{e{B}^{2}}}$;
(3)由R=2$\sqrt{\frac{m{U}_{0}}{e{B}^{2}}}$可知,质量为4m的离子在磁场中的运动打在S1,运动半径为R1=2$\sqrt{\frac{(4m){U}_{0}}{e{B}^{2}}}$,
由R′2=(2R1)2+(R′-R1)2,解得:R′=$\frac{5}{2}$R1,再根据:$\frac{1}{2}$R1<R<$\frac{5}{2}$R1,
解得:m<mx<25m.
答:(1)偏转电场场强E0的大小为:$\frac{{U}_{0}}{d}$,HM与MN的夹角φ为45°;
(2)质量为m的离子在磁场中做圆周运动的半径为2$\sqrt{\frac{m{U}_{0}}{e{B}^{2}}}$;
(3)若质量为4m的离子恰好垂直打在NQ的中点S1处,能打在NQ上的正离子的质量范围是:m<mx<25m.
点评 本题第(1)问考查了带电粒子在电场中加速和偏转的知识(即电偏转问题),加速过程用动能定理求解,偏转过程用运动的合成与分解知识结合牛顿第二定律和运动学公式求解;第(2)问考查磁偏转知识,先求进入磁场时的合速度v,再由洛伦兹力提供向心力求解R;第(3)问考查用几何知识解决物理问题的能力.该题综合性强,难度大.
| A. | C端一定是N极 | |
| B. | C端一定是S极 | |
| C. | C端的极性一定与磁铁B端的极性相同 | |
| D. | 无法判断极性,因螺线管的绕法不明 |
| A. | 电势能一直增大 | B. | 电势能一直减小 | ||
| C. | 电势能先减小后增大 | D. | 电势能先增大后减小 |
| A. | 库仑发现了电流的磁效应 | |
| B. | 丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应 | |
| C. | 法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律 | |
| D. | 电荷量e的数值最早是由美国科学家密立根用实验测得的 |
| A. | 2BScosθ | B. | 2BS | C. | 0 | D. | 2BSsinθ |
| A. | 此时轻弹簧的弹力大小为20N | |
| B. | 若突然撤去拉力F,则撤去瞬间物块的加速度大小为8m/s2,方向向左 | |
| C. | 若剪断弹簧,则剪断瞬间物块的加速度大小为8m/s2,方向向右 | |
| D. | 若剪断弹簧,则剪断瞬间物块的加速度为0 |
| A. | 两次运动的周期不相同 | B. | 两次运动的周期相同 | ||
| C. | 两次的初速度方向一定相反 | D. | 两次的初速度大小可能相同 |