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题目
题型:模拟题难度:来源:
如图所示,两个同心圆是磁场的理想边界,内圆半径为R,外圆半径为磁场方向垂直于纸面向里,内外圆之间环形区域磁感应强度为B,内圆的磁感应强度为。t=0时一个质量为m,带-q电量的离子(不计重力),从内圆上的A点沿半径方向飞进环形磁场,刚好没有飞出磁场。求:
(1)离子速度大小;
(2)离子自A点射出后在两个磁场不断地飞进飞出,从t=0开始经多长时间第一次回到A点;
(3)从t=0开始到离子第二次回到A点,离子在内圆磁场中运动的时间共为多少;
(4)画出从t=0到第二次回到A点离子运动的轨迹。(小圆上的黑点为圆周的等分点,供画图时参考)
答案
解:(1)依题意,外磁场中轨迹与外圆相切,如图
由牛顿第二定律
由图中几何关系得
解得
由以上各式得
(2)离子从A出发经C、D第一次回到A的轨迹如图
在内圆的磁场区域

在内圆转动的周期
由几何关系可知,在内圆转动的时间为
在外磁场区域的周期
由几何关系可知,在外磁场偏转一次的偏角为,则离子经历A→C→D→A的时间
解得
(3)从t=0开始到离子第二次回到A点,离子在内圆磁场中共运动6次,时间为

(4)轨迹如图
核心考点
试题【如图所示,两个同心圆是磁场的理想边界,内圆半径为R,外圆半径为磁场方向垂直于纸面向里,内外圆之间环形区域磁感应强度为B,内圆的磁感应强度为。t=0时一个质量为m】;主要考察你对粒子在有界磁场中运动等知识点的理解。[详细]
举一反三
如图甲所示,平行金属板A、B间的电压UAB=200 V,B板有一小孔O,靠近B板有一固定的绝缘圆筒,其横截面半径,O"在圆筒轴线上,筒壁有小孔H,O"HO共线且连线与圆筒轴线、B板均垂直,交A板于P点。现有一比荷的带正电粒子,从A板上的P点附近由静止释放,在电场力作用下沿OO"方向射入圆筒。从粒子进入圆筒开始(计时零点),在圆筒内加入方向与轴线平行的交变磁场,磁感应强度随时间变化如图乙(垂直纸面向里为磁场正方向),粒子在磁场力作用下发生偏转并与筒壁碰撞。(粒子与筒壁碰撞前后动能和电量均不变,且不计重力,忽略碰撞所用时间及磁场变化产生的感应影响)求:
(1)粒子第一次到达O点时的速率为多大?
(2)如果图乙中的t1时刻就是粒子进入圆筒后第一次碰撞到圆筒的时刻,t1的值是多少?
(3)如果图乙中的t1和t1+t2时刻分别是粒子进入圆筒后第一次和第二次碰撞到圆筒的时刻,要使粒子能做周期性的往返运动,则金属板A和B间的距离d至少为多大?
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在xOy平面内的一、四象限中,x轴上方有范围足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,x轴下方有范围足够大的匀强电场,场强为E,方向与y轴正方向相同。在xOy平面内有一点P,P点到O点的距离为L,直线OP与x轴正方向的夹角为θ,如图所示,现有一个电量为q、质量为m的带正电粒子位于y轴负半轴上的某点,忽略粒子重力。  
(1)将粒子由静止释放,该粒子在第一次由磁场返回电场的过程中恰好通过P点,求该粒子从O 点运动到P点所需要的时间;
(2)若在y轴上N点将粒子由静止释放,粒子在第二次由磁场返回电场的过程中恰好通过P点,且,求N点到O点的距离。
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如图所示,在直角坐标系xOy中,点M(0,1)处不断向+y方向发射出大量质量为m、带电荷量为-q的粒子,粒子的初速度大小广泛分布于零到v0之间。已知这些粒子此后所经磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,所有粒子都沿+x方向穿过b区域,都沿-y方向通过点N(3,0)。
(1)通过计算,求出符合要求的全部磁场范围的最小面积;
(2)在所给的坐标系中画出粒子运动轨迹示意图;
(3)若其中速度为k1v0和k2v0的两个粒子同时到达N点(1>k1>k2),求二者发射的时间差。
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图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B=2.0×10-3 T,在X轴上距坐标原点L=0.50m的P处为离子的入射口,在Y上安放接收器,现将一带正电荷的粒子以v=3.5×104m/s的速率从P处射入磁场,若粒子在y轴上距坐标原点L=0.50m的M处被观测到,且运动轨迹半径恰好最小,设带电粒子的质量为m,电量为q,不记其重力。
(1)求上述粒子的比荷
(2)如果在上述粒子运动过程中的某个时刻,在第一象限内再加一个匀强电场,就可以使其沿y轴正方向做匀速直线运动,求该匀强电场的场强大小和方向,并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场;
(3)为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子,在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内,求此矩形磁场区域的最小面积,并在图中画出该矩形。
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如图所示,虚线框abcd内为边长均为L的正形匀强电场和匀强磁场区域,电场强度的大小为E,方向向下,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,PQ为其分界线,现有一群质量为m,电荷量为-e的电子(重力不计)从PQ中点与PQ成30°角以不同的初速射入磁场,求:
(1)能从PQ边离开磁场的电子在磁场运动的时间.
(2)若要电子在磁场运动时间最长,其初速v应满足的条件?
(3)若电子在满足(2)中的条件下且以最大速度进入磁场,最终从电场aP边界飞出虚线框所具有的动能Ek
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