(18分)靜止于A處的離子,經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器,并從P點垂直CF進入矩形區(qū)域的有界勻強磁場.靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分布的電場,已知圓弧虛線的半徑為R,其所在處場強為E、方向如圖所示;離子質(zhì)量為m、電荷量為q;、,磁場方向垂直紙面向里;離子重力不計.

(1)求加速電場的電壓U;
(2)若離子能最終打在QF上,求磁感應(yīng)強度B的取值范圍.

(1)(2)

解析試題分析:解:(1)離子在加速電場中加速,根據(jù)動能定理,有:     ①
離子在輻向電場中做勻速圓周運動,電場力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有:
      ②   聯(lián)立①②得:      ③
(2)離子在勻強磁場中做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有:     ④
聯(lián)立②④得:      ⑤
離子能打在QF上,則既沒有從DQ邊出去也沒有從PF邊出去,則離子運動徑跡的邊界如圖中Ⅰ和Ⅱ.
由幾何關(guān)系知,離子能打在QF上,必須滿足:         ⑥
聯(lián)立⑤⑥得:      ⑦

(評分說明:①②③④⑤⑥⑦每式2分,離子在磁場中運動徑跡如圖Ⅰ和Ⅱ各2分)
考點: 帶電粒子在電場和磁場中的運動 動能定理

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:計算題

如圖甲所示,一正方形金屬線框位于有界勻強磁場區(qū)域內(nèi),線框的右邊緊貼著邊界.t=0時刻對線框施加一水平向右的外力F,讓線框從靜止開始做勻加速直線運動,經(jīng)過時間t0穿出磁場.圖乙所示為外力F隨時間t變化的圖象.若線框質(zhì)量為m、電阻R及圖象中的F0、t0均為已知量,則根據(jù)上述條件,請你推出:

(1)磁感應(yīng)強度B的表達式;
(2)線框左邊剛離開磁場前瞬間的感應(yīng)電動勢E的表達式.

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

如右圖甲所示,間距為d的平行金屬板MN與一對光滑的平行導(dǎo)軌相連,平行導(dǎo)軌間距L=d/2,一根導(dǎo)體棒ab以一定的初速度向右勻速運動,棒的右側(cè)存在一個垂直紙面向里,大小為B的勻強磁場。棒進入磁場的同時,粒子源P釋放一個初速度為0的帶電粒子,已知帶電粒子質(zhì)量為m,電量為q.粒子能從N板加速到M板,并從M板上的一個小孔穿出。在板的上方,有一個環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在大小也為B,垂直紙面向外的勻強磁場。已知外圓半徑為2d, 里圓半徑為d.兩圓的圓心與小孔重合(粒子重力不計)

(1)判斷帶電粒子的正負,并求當ab棒的速度為v0時,粒子到達M板的速度v;
(2)若要求粒子不能從外圓邊界飛出,則v0的取值范圍是多少?
(3)若棒ab的速度v0只能是,則為使粒子不從外圓飛出,則可以控制導(dǎo)軌區(qū)域磁場的寬度S(如圖乙所示),那該磁場寬度S應(yīng)控制在多少范圍內(nèi)

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(14分)如圖所示,一個質(zhì)量為m =2.0×10-11kg,電荷量為q=1.0×10-5C的帶正電粒子P(重力忽略不計),從靜止開始經(jīng)U1=100V電壓加速后,水平進入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場,偏轉(zhuǎn)電場的電壓為U2。金屬板長L=20cm,兩板間距d =20cm,上極板帶正電,下極板帶負電。粒子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場后進入右側(cè)垂直紙面向里的水平勻強磁場中,位于磁場左側(cè)的理想邊界緊鄰偏轉(zhuǎn)電場,磁場中其余區(qū)域沒有邊界。磁場磁感應(yīng)強度為B。求:

(1)微粒進入偏轉(zhuǎn)電場時的速度大小?
(2)若粒子一定會由偏轉(zhuǎn)電場進入磁場中,偏轉(zhuǎn)電壓U2滿足什么條件?
(3)在(2)前提下若粒子離開磁場后不會第二次進入偏轉(zhuǎn)電場,則磁感應(yīng)強度B應(yīng)滿足什么條件?

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(10分)如圖所示,兩根平行且光滑的金屬軌道固定在斜面上,斜面與水平面之間的夾角,軌道上端接一只阻值為R=0.4的電阻器,在導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場,磁場的磁感應(yīng)強度B=0.5 T,兩軌道之間的距離為L=40cm,且軌道足夠長,電阻不計,F(xiàn)將一質(zhì)量為m="3" g,有效電阻為r=1.0的金屬桿ab放在軌道上,且與兩軌道垂直,然后由靜止釋放,求:

(1)金屬桿ab下滑過程中可達到的最大速率;
(2)金屬桿ab達到最大速率以后,電阻器R每秒內(nèi)產(chǎn)生的電熱。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(17分)如圖所示,真空中的矩形abcd區(qū)域內(nèi)存在豎直向下的勻強電場,半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)同時存在垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,圓形邊界分別相切于ad、bc邊的中點e、f。一帶電粒子以初速度v0沿著ef方向射入該區(qū)域后能做直線運動;當撤去磁場并保留電場,粒子以相同的初速度沿著ef方向射入恰能從c點飛離該區(qū)域。已知,忽略粒子的重力。求:

(1)帶電粒子的電荷量q與質(zhì)量m的比值;
(2)若撤去電場保留磁場,粒子離開矩形區(qū)域時的位置。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

許多儀器中可利用磁場控制帶電粒子的運動軌跡。如圖所示的真空環(huán)境中,有一半徑r=0.05m的圓形區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強度B=0.2T的勻強磁場,其右側(cè)相距d=0.06m處有一足夠大的豎直屏。從S處不斷有比荷=108C/kg的帶正電粒子以速度v=2×106m/s沿SQ方向射出,經(jīng)過磁場區(qū)域后打在屏上。不計粒子重力,求:

(1)粒子在磁場中做圓周運動的軌跡半徑;
(2)繞通過P點垂直紙面的軸,將該圓形磁場區(qū)域逆時針緩慢轉(zhuǎn)動90°的過程中,粒子在屏上能打到的范圍。

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科目:高中物理 來源: 題型:計算題

(18分)如圖所示,相距為R的兩塊平行金屬板M、 N正對著放置,S1、S2分別為M、N板上的小孔,S1、S2、O三點共線,它們的連線垂直M、N,且S2O=R.以O(shè)為圓心、R為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場.D為收集板,板上各點到O點的距離以及板兩端點的距離都為2R,板兩端點的連線垂直M、N板.質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子經(jīng)S1進入M、N間的電場后,通過S2進入磁場.粒子在S1處的速度以及粒子所受的重力均不計.

(1)M、N間的電壓為U時,求粒子進入磁場時速度的大小v;
(2)若粒子恰好打在收集板D的中點上,求M、N間的電壓值U0;
(3)當M、N間的電壓不同時,粒子從S1到打在D上經(jīng)歷的時間t會不同,求
t的最小值.

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科目:高中物理 來源: 題型:單選題

邊長為a的閉合金屬正三角形框架,完全處于垂直于框架平面的勻強磁場中,現(xiàn)把框架勻速拉出磁場,如圖所示,則下列圖象規(guī)律與這一過程相符合的是(  )

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