如下圖a所示的平面坐標(biāo)系,在整個(gè)區(qū)域內(nèi)充滿了勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直坐標(biāo)平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖b所示,開(kāi)始時(shí)刻,磁場(chǎng)方向垂直紙面向內(nèi),時(shí)刻,有一帶正電的粒子(不計(jì)重力)從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿軸正向進(jìn)入磁場(chǎng),初速度為,已知正粒子的荷質(zhì)比為,其他有關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖中標(biāo)示。試求:
(1)時(shí)刻,粒子的坐標(biāo);
(2)粒子從開(kāi)始時(shí)刻起經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)軸;
(3)粒子是否還可以返回原點(diǎn)?如果可以,則經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間返回原點(diǎn)?
(1)(2)(3)

試題分析:(1)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),
設(shè)半徑為R,周期為T(mén),由洛倫茲力提供向心力,有,得:

在磁場(chǎng)變化的第一段時(shí)間內(nèi),粒子運(yùn)動(dòng)的周期數(shù)為:(運(yùn)動(dòng)周期)
運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120°作出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如下圖a所示,第一段時(shí)間末,粒子的坐標(biāo)為:
,
所求時(shí)刻,粒子的坐標(biāo)(,0.6)
(2)根據(jù)第(1)問(wèn)可知,粒子在第一個(gè)磁場(chǎng)變化的時(shí)間段內(nèi)時(shí),運(yùn)動(dòng)了個(gè)周期,在第二個(gè)時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期數(shù)為
(個(gè)運(yùn)動(dòng)周期),所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡圓心角為60°
第三個(gè)時(shí)間段內(nèi)同樣運(yùn)動(dòng)了:(個(gè)運(yùn)動(dòng)周期)
對(duì)應(yīng)的圓心角為120°
粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如下圖a所示,粒子恰好在第三段時(shí)間末通過(guò)
故運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

(3)粒子在磁場(chǎng)中做周期性運(yùn)動(dòng),根據(jù)對(duì)稱性和周期性,畫(huà)出粒子的部分運(yùn)動(dòng)軌跡如上圖b所示,其中、、構(gòu)成一個(gè)正三邊形,故粒子在磁場(chǎng)中一共運(yùn)動(dòng)了6個(gè)大圓弧和3個(gè)小圓弧,故從原點(diǎn)出發(fā)到回到原點(diǎn)的總時(shí)間為

點(diǎn)評(píng):本題的難度較大,要掌握住半徑公式、周期公式,畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡后,幾何關(guān)系就比較明顯了.
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(16分)顯像管的簡(jiǎn)要工作原理如圖所示:陰極K發(fā)出的電子(初速度可忽略不計(jì))經(jīng)電壓為U的高壓加速電場(chǎng)加速后,沿直線PQ進(jìn)入半徑為r的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面,圓形磁場(chǎng)區(qū)域的圓心OPQ直線上,熒光屏MPQ垂直,整個(gè)裝置處于真空中.若圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小或方向發(fā)生變化,都將使電子束產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn),電子束便可打在熒光屏M的不同位置上,使熒光屏發(fā)光而形成圖象,其中Q點(diǎn)為熒光屏的中心.已知電子的電量為e,質(zhì)量為m,不計(jì)電子重力.

(1)求電子射出加速電場(chǎng)時(shí)的速度大;
(2)若圓形區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,求電子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)(即出射方向與入射方向所夾的銳角)θ的大小.
(3)若陰極在發(fā)出電子的同時(shí)還發(fā)出一定量的SO42-離子,SO42-離子打在熒光屏上,屏上將出現(xiàn)暗斑,稱為離子斑.請(qǐng)根據(jù)下面所給出的數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算說(shuō)明這樣的離子斑將主要集中在熒光屏上的哪一部位.(電子的質(zhì)量m=9.1×10-31kg,SO42-離子的質(zhì)量m′=1.6×10-25kg,不計(jì)SO42-離子所受的重力及與電子之間的相互作用)

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圖是磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖,金屬板M、N正對(duì)著平行放置,且板面垂直于紙面,在兩板之間接有電阻R。在極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。當(dāng)?shù)入x子束(分別帶有等量正、負(fù)電荷的離子束)從左向右進(jìn)入極板時(shí),下列說(shuō)法中正確的是 (   )
A.N板的電勢(shì)高于M板的電勢(shì)
B.M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì)
C.R中有由b向a方向的電流
D.R中有由a向b方向的電流

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在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的帶電粒子,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度突然增大為2B時(shí),這個(gè)帶電粒子(       )
A.速率加倍,周期減半B.速率不變,軌道半徑減半
C.速率不變,周期減半D.速率減半,軌道半徑不變

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下面各圖中給出的是一個(gè)電子以速度v沿垂直于磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)后,電子所受洛侖茲力、電子速度方向和磁場(chǎng)方向三個(gè)物理量的方向,其中正確的是(  )

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如圖所示,一帶負(fù)電的粒子(不計(jì)重力)進(jìn)入磁場(chǎng)中,圖中的磁場(chǎng)方向、速度方向及帶電粒子所受的洛侖茲力方向標(biāo)示正確的是(   )    

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科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:計(jì)算題

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如圖所示,水平放置的平行金屬板a、b帶有等量異種電荷,a板帶正電,兩板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),若一個(gè)帶正電的液滴在兩板間做直線運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)的方向是(  )
A.沿豎直方向向下
B.沿豎直方向向上
C.沿水平方向向左
D.沿水平方向向右

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