《高中物理模塊九磁場(chǎng)考點(diǎn)42帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)之平行磁場(chǎng)邊界問(wèn)題試題1》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《高中物理模塊九磁場(chǎng)考點(diǎn)42帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)之平行磁場(chǎng)邊界問(wèn)題試題1(11頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、考點(diǎn)4.2 平行磁場(chǎng)邊界問(wèn)題
1.平行磁場(chǎng)邊界:常見(jiàn)的定圓心有兩情情形:
(1)已知入射點(diǎn)、出射點(diǎn)、入射方向和出射方向時(shí),可通過(guò)入射點(diǎn)和出射點(diǎn)分別作垂直于入射
方向和出射方向的直線,兩條直線的交點(diǎn)就是圓弧軌道的圓心 (如圖3甲所示,P為入射點(diǎn),M 為出射點(diǎn)).
(2)已知入射方向、入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的位置時(shí),可以通過(guò)入射點(diǎn)作入射方向的垂線,連接入
射點(diǎn)和出射點(diǎn),作其中垂線,這兩條垂線的交點(diǎn)就是圓弧軌跡的圓心 (如圖乙所示,P為入射
點(diǎn),M為出射點(diǎn)).
2.平行邊界(存在臨界條件,如圖所示)
1 .質(zhì)量為 ① 電荷量為q的帶負(fù)電粒子自靜止開(kāi)始,經(jīng) M N板間的電場(chǎng)加速后,
2、從 A點(diǎn)垂 直于磁場(chǎng)邊界射入寬度為 d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,該粒子離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的位置 P偏離入射方向的
距離為L(zhǎng),如圖所示.已知 M N兩板間的電壓為 U,粒子的重力不計(jì).求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度B.
2 .如圖所示,一束電荷量為 e的電子以垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B并垂直于磁場(chǎng)邊界的速度 v射
入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向和原來(lái)射入方向的夾角為 8 =60 ,求電
子的質(zhì)量和穿越磁場(chǎng)的時(shí)間.
什
[答案](1)2J3dBe(2)20 d
3v
9v
-10 -
3.
(多選)在半導(dǎo)體離子注入工藝中,初速度可
3、忽略的磷離子 p+和p3+,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)
加速后,垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域, 如圖所示.已知離子 p+在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò) 8=30后從磁場(chǎng)右邊界射出.在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn) 動(dòng)時(shí),離子P+和P”( BCD )
A. 在電場(chǎng)中的加速度之比為 1 : 1
B. 在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為?。?
C. 在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的角度之比為 1 : 2
D. 離開(kāi)電場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能之比為 1 : 3
4 .如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界 0口 EF相互平行,寬度為 d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B, 一帶負(fù)電粒
子垂直磁場(chǎng)方向射入,入射方向與 CD邊界夾角為8 =—,已知粒子
4、的質(zhì)量為 mI電荷量
為q,不計(jì)粒子重力.
(1) 若粒子垂直邊界 EF射出磁場(chǎng),求粒子運(yùn)動(dòng)的速率和在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;
(2) 若粒子運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與邊界 EF相切,則粒子的速率為多大?
1)
2qBd
m 6qB
m ⑵ 2qBd
3m
5 .如圖所示,ab、cd、ef是同一豎直平面的三條水平直線,它們之間的距離均為 d=0.3m,
ab與cd之間的區(qū)域內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng), 在cd與ef之間的區(qū)域內(nèi)有方向垂直豎直
面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一個(gè)不計(jì)重力、比荷q=3x I08c/kg的帶正電粒子以初速度 V0=3x 106
m/s垂直ab射入電場(chǎng),粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)后,速度方
5、向與 cd成30角進(jìn)入磁場(chǎng),最后垂直
于ef離開(kāi)磁場(chǎng).求:
(1) 勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小;
(2) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的大??;
(3) 粒子從ef離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)出射點(diǎn)與從 ab進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的入射點(diǎn)間的水平距離.
e /
乂 k x x x 乂/
X K K X X X B
【答案】(1)4105 V/m (2)置T (3)且m
30 4
6 .如圖所示,M N P為很長(zhǎng)的平行邊界面, M N與M P間距分別為li、12,其間分別有
磁感應(yīng)弓雖度為 B和B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),I和n磁場(chǎng)方向垂直紙面向里, BWB,有一帶正電
粒子的電量為q,質(zhì)量為m以某一初速度垂直邊界 N
6、及磁場(chǎng)方向射入 MN間的磁場(chǎng)區(qū)域.不 計(jì)粒子的重力.求:
(1) 要使粒子能穿過(guò)I磁場(chǎng)進(jìn)入n磁場(chǎng),粒子的初速度 V0至少應(yīng)為多少?
(2) 若粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的初速度 Vi=2qBL ,則粒子第一次穿過(guò)I磁場(chǎng)的時(shí)間 ti是多
m
少?
(3) 粒子初速度v為多少時(shí),才可恰好穿過(guò)兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域.
X I X
X X
X X
X X
X XIIX XXX
XXX XXX XXX X勾X XXX XXX
【答案】(1)V0 電l1 ⑵ _jm(3) qBll1 qB2l2
m 6B1q m
7 .如圖所示,空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 左側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小
7、為 E、
方向水平向右,電場(chǎng)寬度為 L;中間區(qū)域勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,方向垂直紙面
向外。一個(gè)質(zhì)量為 m電量為q、不計(jì)重力的帶正電的粒子從電場(chǎng)的左邊緣的 O點(diǎn)由靜止
開(kāi)始運(yùn)動(dòng),穿過(guò)中間磁場(chǎng)區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場(chǎng)區(qū)域后,又回到 O點(diǎn),然后重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)
程.求:
(1) 中間磁場(chǎng)區(qū)域的寬度 d;
(2) 帶電粒子從O點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到第一次回到 O點(diǎn)所用時(shí)間to
8.
4
d
【答案】⑴
ti
⑵
Rsin 600 1 6mEL
2B . q
2 :2mL t2 T @ t3 5t
qE 3 3qB 6
t ti 12 t3 2 空 qE
7 m
3qB
8、如圖,空間區(qū)域i、n有勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng),
n區(qū)域的高度足夠大.勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向上;I、
5 m 3qB
MN PQ為理想邊界,I區(qū)域高度為 d,
n區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為
B,方
向分別垂直紙面向里和向外. 一個(gè)質(zhì)量為m電量為q的帶電小球從磁場(chǎng)上方的 O點(diǎn)由靜
止開(kāi)始下落,進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后,恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng).已知重力加速度為 g.
(1) 試判斷小球的電性并求出電場(chǎng)強(qiáng)度 E的大??;
(2) 若帶電小球能進(jìn)入?yún)^(qū)域n ,則 h應(yīng)滿足什么條件?
(3) 若帶電小球運(yùn)動(dòng)一定時(shí)間后恰能回到
O點(diǎn),求它釋放時(shí)距 MN勺高度h.
q2B2d2 2q2B2d2
^m
9、T
【答案】(1)小球帶正電,E mg (2) h
q
9 .邊長(zhǎng)為3L的正方形區(qū)域分成相等的三部分, 左右兩側(cè)為勻強(qiáng)磁場(chǎng), 中間區(qū)域?yàn)閯驈?qiáng)電場(chǎng),
如圖所示.左側(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為
B= 2mqU ,方向垂直紙面向外;右側(cè)磁場(chǎng)的
2qL
磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B2= 2mqU ,方向垂直于紙面向里;中間區(qū)域電場(chǎng)方向與正方形區(qū)域 qL
的上下邊界平行.一質(zhì)量為 m^電荷量為+q的帶電粒子從平行金屬板的正極板開(kāi)始由靜
止被加速,加速電壓為 U,加速后粒子從a點(diǎn)進(jìn)入左側(cè)磁場(chǎng),又從距正方形上下邊界等間
距的b點(diǎn)沿與電場(chǎng)平行的方向進(jìn)入電場(chǎng),不計(jì)粒子重力,求:
(1)
粒子經(jīng)過(guò)平
10、行金屬板加速后的速度大小;
(2)
粒子在左側(cè)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的半徑及運(yùn)動(dòng)時(shí)間;
電場(chǎng)強(qiáng)度E的取值在什么范圍內(nèi)時(shí)粒子能從右側(cè)磁場(chǎng)的上邊緣
cd間離開(kāi)?
(3)
16
11U 2U
E ——
能從區(qū)域II的右邊界飛出.
10 .如圖所示,帶電平行金屬板 PQW MN^間的距離為d;兩金屬板之間有垂直紙面向里的勻
強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B.如圖建立坐標(biāo)系,x軸平行于金屬板,與金屬板中心線重
合,y軸垂直于金屬板.區(qū)域 I的左邊界在y軸,右邊界與區(qū)域II的左邊界重合,且與
y軸平行;區(qū)域II的左、右邊界平行.在區(qū)域 I和區(qū)域II內(nèi)分別存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng) 強(qiáng)度大
11、小均為 B,區(qū)域I內(nèi)的磁場(chǎng)垂直于 xOy平面向外,區(qū)域II內(nèi)的磁場(chǎng)垂直于 xOy平 面向里.一電子沿著 X軸正向以速度V0射入平行板之間,在平行板間恰好沿著 x軸正向
做直線運(yùn)動(dòng),并先后通過(guò)區(qū)域 I和II .已知電子電量為 e,質(zhì)量為m區(qū)域I和區(qū)域II
沿x軸方向?qū)挾染鶠?J3mv0 .不計(jì)電子重力.
2Be
(1) 求兩金屬板之間電勢(shì)差 U;
(2) 求電子從區(qū)域II右邊界射出時(shí),射出點(diǎn)的縱坐標(biāo) y;
(3) 撤除區(qū)域I中的磁場(chǎng)而在其中加上沿 x軸正向的勻強(qiáng)電場(chǎng),使得該電子剛好不
求電子兩次經(jīng)過(guò) y軸的時(shí)間間隔t .
【答案】(1) Bvod (2)詈(3) 5^
11.
12、
12.
【答案】(1) 0.2m (2) 0.21m
在如圖所示的直角坐標(biāo)系 xOy中,矩形區(qū)域 Oabc內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感
應(yīng)強(qiáng)度大小為B=5.0X10-2「第一象限內(nèi)有沿-y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 E=1.0X105N/C.已知矩形區(qū)域 Oa邊長(zhǎng)為0.60m, ab邊長(zhǎng)為0.20m.在bc邊中點(diǎn)N處有 一放射源,某時(shí)刻,放射源沿紙面向磁場(chǎng)中各方向均勻地輻射出速率均為 u=2.0xi06m/s
的某種帶正電粒子,帶電粒子質(zhì)量 m=1.6 x 10 27kg,電荷量為q=+3.2Xl0 19kg,不計(jì)粒
子重力,求:(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(1)
13、 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑;
(2) 從x軸上射出的粒子中,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短路程為多少?
(3) 放射源沿-x方向射出的粒子,從射出到從 y軸離開(kāi)所用的時(shí)間.
(3) 4.6 X10 7s
某高中物理課程基地?cái)M采購(gòu)一批實(shí)驗(yàn)器材,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)研究的動(dòng)手能力,
其核心結(jié)構(gòu)原理可簡(jiǎn)化為如圖所示。 AB CD司的區(qū)域有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),在 CD的右
側(cè)有一與CDf切于M點(diǎn)的圓形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面 .一帶正電粒子自 O
點(diǎn)以水平初速度vo正對(duì)P點(diǎn)進(jìn)入該電場(chǎng)后,從 M點(diǎn)飛離CD邊界,再經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后又從 N
點(diǎn)垂直于CD邊界回到電場(chǎng)區(qū)域,并恰能返回 O點(diǎn).已知O
14、P司距離為d,粒子質(zhì)量為 m
E /3mv2
電荷量為q,電場(chǎng)強(qiáng)度大小 qd ,粒子重力不計(jì).試求:
1)粒子從M點(diǎn)飛離CD邊界時(shí)的速度大小;
2)P、N兩點(diǎn)間的距離;
3)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和圓形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的半徑
3d d
【答案】(1)2 V0 (2) 8
(3)
3.3mv2
5qd
13.如圖所示,邊長(zhǎng)為 L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)有垂直向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.現(xiàn)
有一質(zhì)量為m,電荷量為+q的粒子從a點(diǎn)沿ab方向以一定的初速度進(jìn)入磁場(chǎng),恰好從 d 點(diǎn)飛出,不計(jì)粒子重力.
(1)求粒子的初速度大??;
(2)若保持粒子的初速度方向不變,只改變粒子的速度大
15、小仍從
a
bc邊的p點(diǎn)射出,且bP=— L.求粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.
3
a點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),粒子從
【答案】(1) qBL (2) 2m
3qB
14.如圖所示,兩塊水平放置、相距為 d的長(zhǎng)金屬板接在電壓可調(diào)的電源上.兩板之間的右
側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).將噴墨打印機(jī)的噴口靠近上板下表面,從噴
口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為 m水平速度均為 皿、帶相等電荷量的墨滴. 調(diào)節(jié)電源電壓至 U,
墨滴在電場(chǎng)區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng);進(jìn)入電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存區(qū)域后,最終垂
直打在下板的M點(diǎn).
(1)判斷墨滴所帶電荷的種類,并求其電荷量;
(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值;
(3)現(xiàn)保持噴口方向不變,使其豎直下移到兩板中間的位置.為了使墨滴仍能到達(dá)下板 M
- ii -
點(diǎn),應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至 B
的大小為多少?
【答案】(i)負(fù)電荷mgd
V0U
(2) gd2
4voU
⑶演