高中物理 模塊九 磁場 考點4_2 帶電粒子在磁場中運動之平行磁場邊界問題試題1
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考點4.2 平行磁場邊界問題 1. 平行磁場邊界:常見的定圓心有兩情情形: (1)已知入射點、出射點、入射方向和出射方向時,可通過入射點和出射點分別作垂直于入射方向和出射方向的直線,兩條直線的交點就是圓弧軌道的圓心(如圖3甲所示,P為入射點,M為出射點). (2)已知入射方向、入射點和出射點的位置時,可以通過入射點作入射方向的垂線,連接入射點和出射點,作其中垂線,這兩條垂線的交點就是圓弧軌跡的圓心(如圖乙所示,P為入射點,M為出射點). 2. 平行邊界(存在臨界條件,如圖所示) 1. 質(zhì)量為m,電荷量為q的帶負電粒子自靜止開始,經(jīng)M、N板間的電場加速后,從A點垂直于磁場邊界射入寬度為d的勻強磁場中,該粒子離開磁場時的位置P偏離入射方向的距離為L,如圖所示.已知M、N兩板間的電壓為U,粒子的重力不計.求勻強磁場的磁感應強度B. 【答案】 2. 如圖所示,一束電荷量為e的電子以垂直于磁感應強度B并垂直于磁場邊界的速度v射入寬度為d的勻強磁場中,穿出磁場時速度方向和原來射入方向的夾角為θ=60,求電子的質(zhì)量和穿越磁場的時間. 【答案】(1)(2) 3. (多選)在半導體離子注入工藝中,初速度可忽略的磷離子P+和P3+,經(jīng)電壓為U的電場加速后,垂直進入磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里、有一定寬度的勻強磁場區(qū)域,如圖所示.已知離子P+在磁場中轉(zhuǎn)過θ=30后從磁場右邊界射出.在電場和磁場中運動時,離子P+和P3+( BCD ) A. 在電場中的加速度之比為1∶1 B. 在磁場中運動的半徑之比為∶1 C. 在磁場中轉(zhuǎn)過的角度之比為1∶2 D. 離開電場區(qū)域時的動能之比為1∶3 4. 如圖所示,勻強磁場的邊界CD和EF相互平行,寬度為d,磁感應強度為B,一帶負電粒子垂直磁場方向射入,入射方向與CD邊界夾角為θ=,已知粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,不計粒子重力. (1) 若粒子垂直邊界EF射出磁場,求粒子運動的速率和在磁場中運動的時間; (2) 若粒子運動軌跡恰好與邊界EF相切,則粒子的速率為多大? 【答案】(1)(2) 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)有水平向右的勻強電場,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磁場.一個不計重力、比荷=3108c/kg的帶正電粒子以初速度v0=3106 m/s垂直ab射入電場,粒子經(jīng)過電場后,速度方向與cd成30角進入磁場,最后垂直于ef離開磁場.求: (1) 勻強電場的場強E的大?。? (2) 勻強磁場的磁感應強度B的大?。? (3) 粒子從ef離開磁場時出射點與從ab進入電場時的入射點間的水平距離. 【答案】(1) V/m (2)T (3)m 6. 如圖所示,M、N、P為很長的平行邊界面,M、N與M、P間距分別為l1、l2,其間分別有磁感應強度為B1和B2的勻強磁場區(qū),Ⅰ和Ⅱ磁場方向垂直紙面向里,B1≠B2,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及磁場方向射入MN間的磁場區(qū)域.不計粒子的重力.求: (1) 要使粒子能穿過Ⅰ磁場進入Ⅱ磁場,粒子的初速度v0至少應為多少? (2) 若粒子進入磁場的初速度v1=,則粒子第一次穿過Ⅰ磁場的時間t1是多少? (3) 粒子初速度v為多少時,才可恰好穿過兩個磁場區(qū)域. 【答案】(1)(2)(3) 7. 如圖所示,空間分布著有理想邊界的勻強電場和勻強磁場。左側(cè)勻強電場的場強大小為E、方向水平向右,電場寬度為L;中間區(qū)域勻強磁場的磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外。一個質(zhì)量為m、電量為q、不計重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點由靜止開始運動,穿過中間磁場區(qū)域進入右側(cè)磁場區(qū)域后,又回到O點,然后重復上述運動過程.求: (1) 中間磁場區(qū)域的寬度d; (2) 帶電粒子從O點開始運動到第一次回到O點所用時間t。 【答案】(1) (2),,, 8. 如圖,空間區(qū)域Ⅰ、Ⅱ有勻強電場和勻強磁場,MN、PQ為理想邊界,Ⅰ區(qū)域高度為d,Ⅱ區(qū)域的高度足夠大.勻強電場方向豎直向上;Ⅰ、Ⅱ區(qū)域的磁感應強度大小均為B,方向分別垂直紙面向里和向外.一個質(zhì)量為m,電量為q的帶電小球從磁場上方的O點由靜止開始下落,進入場區(qū)后,恰能做勻速圓周運動.已知重力加速度為g. (1) 試判斷小球的電性并求出電場強度E的大??; (2) 若帶電小球能進入?yún)^(qū)域Ⅱ,則h應滿足什么條件? (3) 若帶電小球運動一定時間后恰能回到O點,求它釋放時距MN的高度h. 【答案】(1)小球帶正電,(2)(3) 9. 邊長為3L的正方形區(qū)域分成相等的三部分,左右兩側(cè)為勻強磁場,中間區(qū)域為勻強電場,如圖所示.左側(cè)磁場的磁感應強度大小為B1=,方向垂直紙面向外;右側(cè)磁場的磁感應強度大小為B2=,方向垂直于紙面向里;中間區(qū)域電場方向與正方形區(qū)域的上下邊界平行.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始由靜止被加速,加速電壓為U,加速后粒子從a點進入左側(cè)磁場,又從距正方形上下邊界等間距的b點沿與電場平行的方向進入電場,不計粒子重力,求: (1) 粒子經(jīng)過平行金屬板加速后的速度大?。? (2) 粒子在左側(cè)磁場區(qū)域內(nèi)運動時的半徑及運動時間; (3) 電場強度E的取值在什么范圍內(nèi)時粒子能從右側(cè)磁場的上邊緣cd間離開? 【答案】(1)(2)(3) 10. 如圖所示,帶電平行金屬板PQ和MN之間的距離為d;兩金屬板之間有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應強度大小為B.如圖建立坐標系,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)分別存在勻強磁場,磁感應強度大小均為B,區(qū)域I內(nèi)的磁場垂直于xOy平面向外,區(qū)域II內(nèi)的磁場垂直于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軸正向做直線運動,并先后通過區(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)挾染鶠椋挥嬰娮又亓Γ? (1) 求兩金屬板之間電勢差U; (2) 求電子從區(qū)域II右邊界射出時,射出點的縱坐標y; (3) 撤除區(qū)域I中的磁場而在其中加上沿x軸正向的勻強電場,使得該電子剛好不能從區(qū)域II的右邊界飛出.求電子兩次經(jīng)過y軸的時間間隔t. 【答案】(1)Bv0d (2)(3) 11. 在如圖所示的直角坐標系xOy中,矩形區(qū)域Oabc內(nèi)有垂直于紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B=5.010﹣2T;第一象限內(nèi)有沿﹣y方向的勻強電場,電場強度大小為E=1.0105N/C.已知矩形區(qū)域Oa邊長為0.60m,ab邊長為0.20m.在bc邊中點N處有一放射源,某時刻,放射源沿紙面向磁場中各方向均勻地輻射出速率均為υ=2.0106m/s的某種帶正電粒子,帶電粒子質(zhì)量m=1.610﹣27kg,電荷量為q=+3.210﹣19kg,不計粒子重力,求:(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1) 粒子在磁場中運動的半徑; (2) 從x軸上射出的粒子中,在磁場中運動的最短路程為多少? (3) 放射源沿﹣x方向射出的粒子,從射出到從y軸離開所用的時間. 【答案】(1)0.2m (2)0.21m (3)4.610﹣7s 12. 某高中物理課程基地擬采購一批實驗器材,增強學生對電偏轉(zhuǎn)和磁偏轉(zhuǎn)研究的動手能力,其核心結(jié)構(gòu)原理可簡化為如圖所示。AB、CD間的區(qū)域有豎直向上的勻強電場,在CD的右側(cè)有一與CD相切于M點的圓形有界勻強磁場,磁場方向垂直于紙面.一帶正電粒子自O(shè)點以水平初速度v0正對P點進入該電場后,從M點飛離CD邊界,再經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后又從N點垂直于CD邊界回到電場區(qū)域,并恰能返回O點.已知OP間距離為d,粒子質(zhì)量為m,電荷量為q,電場強度大小,粒子重力不計.試求: (1)粒子從M點飛離CD邊界時的速度大??; (2)P、N兩點間的距離; (3)磁感應強度的大小和圓形有界勻強磁場的半徑. 【答案】 (1)2v0(2)(3) 13. 如圖所示,邊長為L的正方形區(qū)域abcd內(nèi)有垂直向外的勻強磁場,磁感應強度為B.現(xiàn)有一質(zhì)量為m,電荷量為+q的粒子從a點沿ab方向以一定的初速度進入磁場,恰好從d點飛出,不計粒子重力. (1) 求粒子的初速度大小; (2) 若保持粒子的初速度方向不變,只改變粒子的速度大小仍從a點進入磁場,粒子從bc邊的p點射出,且bP=L.求粒子在磁場中的運動時間. 【答案】(1)(2) 14. 如圖所示,兩塊水平放置、相距為d的長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磁場.將噴墨打印機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v0、帶相等電荷量的墨滴.調(diào)節(jié)電源電壓至U,墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運動;進入電場、磁場共存區(qū)域后,最終垂直打在下板的M點. (1)判斷墨滴所帶電荷的種類,并求其電荷量; (2)求磁感應強度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下板M點,應將磁感應強度調(diào)至B′,則B′的大小為多少? 【答案】 (1)負電荷 (2) (3) - 11 -- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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