16.计算题

如图,在真空室内取坐标系Oxy,在x轴上方存在匀强电场,场强方向沿负y方向,x轴下方存在二个方向都垂直于纸面向外的匀强磁场区Ⅰ和Ⅱ,平行于x轴的虚线ab是它们的分界线,虚线上方(包括虚线处)的磁场区Ⅰ的磁感应强度B1=0.20T,虚线下方的磁场区Ⅱ的磁感应强度B2=0.10T,虚线与x轴相距d = 4.0cm.在第一象限内有一点P,其位置坐标x = 16.0cm、y =10.0cm.一带正电的粒子由P点静止释放,粒子的电荷量与质量之比

.

a)     粒子进入磁场时的速度多大?

b)     粒子由P点到坐标原点用多长时间?

c)     为使粒子能通过坐标原点O(设最多允许粒子经过区域Ⅱ一次),匀强电场的场强E必须满足什么条件?不计粒子的重力作用.

解析:(1)带电粒子在电场中只受电场力的作用,做匀加速运动。

           

     

    (2)带电粒子在磁场Ⅰ中的运动半径

    故带电粒子不会进入磁场Ⅱ,且x=4R1

    粒子从p点到磁场的时间

    粒子在磁场Ⅰ中做圆周运动的周期

    粒子从p点到坐标原点的总时间为:

(3)粒子从P点开始运动,进入磁场区Ⅰ时的速度为v,

由动能定理得  

用R1、R2分别表示粒子在磁场区Ⅰ和区Ⅱ中运动的轨道半径,有

,

若粒子没能进入磁场区Ⅱ而最后能通过坐标原点O,则粒子每次进入磁场区Ⅰ中的运动都是转动半周后就离开磁场进入电场,重复运动直到通过坐标原点O,粒子的一种运动轨迹如图所示,有 

      ,  

解得   (n = 2,3,4…)

  (n = 2,3,4…) 

若粒子能进入磁场区Ⅱ且最后能通过坐标原点O,  则粒子的运动轨迹如图,A1和A2分别为粒子在磁场区Ⅰ和Ⅱ中做圆周运动的圆心

在ΔA1CD中,有 , 在ΔA1 A2F中,有 

解得, , 

当匀强电场的场强或(n = 2,3,4…)时,

粒子能通过坐标原点O.

(注:13-16题由临邑一中供稿)

8.(17分)如图所示,平面内,在轴左侧某区域内有一个方向竖直向下,电场强度为的匀强电场.在轴右侧有一个圆心位于轴上,半径为的圆形磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度,在坐标为处有一垂直于轴的面积足够大的荧光屏。今有一束带正电的粒子从电场左侧A点,以初速度V0=沿方向射入电场,穿出电场时恰好通过坐标原点.若粒子的质量,电量,试求:

 (1)粒子入射点的纵坐标和通过坐标原点时的速度

  (2)若圆形磁场可沿轴移动,圆心在轴上的移动范围为,由于磁场位置的不同,导致该粒子打在荧光屏上的位置也不同,试求粒子打在荧光屏上的范围。(结果保留三位有效数字)

答案:,速度大小为方向与轴成角斜向下.

  (2)打在荧光屏上的范围为:

解析与评分标准:

(1)粒子沿方向进入电场后做类平抛运动,

水平方向:        1分

竖直方向:      1分

又           1分

所以       1分

在O点,         1分

     1分

  所以

速度大小为方向与轴成角斜向下.   2分

  (2)洛仑兹力提供向心力,则      2分

               1分

由几何关系知此时出射位置为  点,轨迹如图

荧光屏最高端的纵坐标为:   3分

随着磁场向右移动荧光屏光点位置逐渐下移,当 方向与磁场圆形区域相切,此后,粒子将打在荧光屏的同一位置。其最低端的纵坐标为:              3分

(注:5-8题由德州二中供稿)

 0  268790  268798  268804  268808  268814  268816  268820  268826  268828  268834  268840  268844  268846  268850  268856  268858  268864  268868  268870  268874  268876  268880  268882  268884  268885  268886  268888  268889  268890  268892  268894  268898  268900  268904  268906  268910  268916  268918  268924  268928  268930  268934  268940  268946  268948  268954  268958  268960  268966  268970  268976  268984  447090 

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