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精英家教網(wǎng)如圖所示,真空中有以O(shè)1為圓心,r為半徑的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓形磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn).磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外.x=r的虛線右側(cè)足夠大的范圍內(nèi)有方向豎直向下、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng).從O點(diǎn)在紙面內(nèi)向各個(gè)不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,設(shè)質(zhì)子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑也為r,已知質(zhì)子的電荷量為e,質(zhì)量為m.求:
(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小;
(2)速度方向沿y軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子到達(dá)x軸所需的時(shí)間;
(3)速度方向與y軸正方向成37°角且與x軸正方向成127°角射入磁場(chǎng)的質(zhì)子到達(dá)x軸時(shí)的位置坐標(biāo).(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8)
分析:(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)洛倫茲力提供向心力,即可求得質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小;
(2)質(zhì)子沿y軸正方向射入,在磁場(chǎng)中以O(shè)2為圓心轉(zhuǎn)過(guò)
1
4
圓弧后從A點(diǎn)垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng).在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為
1
4
周期;質(zhì)子進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),將運(yùn)動(dòng)沿電場(chǎng)方向和垂直于電場(chǎng)的方向分解,即可求得粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;t=t1+t2
(3)若粒子速度方向與y軸正方向成37°角射入磁場(chǎng),畫出運(yùn)動(dòng)的軌跡,找出出射點(diǎn)的幾何關(guān)系,然后按照粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,分別列出公式,即可求解.
解答:解:(1)設(shè)質(zhì)子射磁場(chǎng)時(shí)的速度為v.質(zhì)子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有:evB=
mv2
r

精英家教網(wǎng)所以:v=
eBr
m

(2)如圖,質(zhì)子沿y軸正方向射入,在磁場(chǎng)中以O(shè)2為圓心轉(zhuǎn)過(guò)
1
4
圓弧后從A點(diǎn)垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng).在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期為T=
2πm
eB

所以質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間:t=
T
4
=
πm
2eB

質(zhì)子進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),其側(cè)移距離y=
1
2
at22=r
質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速度:a=
eE
m

所以質(zhì)子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2=
2mr
eE

故質(zhì)子到達(dá)x軸所需的時(shí)間t=t1+t2=
πm
2eB
+
2mr
eE

(3)質(zhì)子射入磁場(chǎng)后,在磁場(chǎng)中以O(shè)3為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),從P點(diǎn)射出磁場(chǎng),如圖所示,OO1PO3是邊長(zhǎng)為精英家教網(wǎng)r的菱形,PO3平行于y軸,質(zhì)子射出磁場(chǎng)后速度方向與x軸平行.
P點(diǎn)距x軸的距離h=r+rcos53°
質(zhì)子垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)做類平拋運(yùn)動(dòng),到達(dá)x軸上的Q點(diǎn).豎直方向的位移:h=
eEt2
2m

水平方向的位移為:s=vt
解得:s=Br
3.2er
mE

所以Q點(diǎn)的坐標(biāo)為:(r+Br
3.2er
mE
,0)
答:(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為
eBr
m

(2)速度方向沿y軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子到達(dá)x軸所需的時(shí)間為
πm
2eB
+
2mr
eE

(3)速度方向與y軸正方向成37°角且與x軸正方向成127°角射入磁場(chǎng)的質(zhì)子到達(dá)x軸時(shí)的位置坐標(biāo)為(r+Br
3.2er
mE
,0).
點(diǎn)評(píng):電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是畫出軌跡,由幾何知識(shí)求出半徑.定圓心角,求時(shí)間,類平拋運(yùn)動(dòng)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分解法求解.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,真空中有以O(shè)′為圓心,r為半徑的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.圓的最下端與x軸相切于直角坐標(biāo)原點(diǎn)O,圓的右端與平行于y軸的虛線MN相切,在虛線MN右側(cè)x軸上方足夠大的范圍內(nèi)有方向豎直向下、場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),在坐標(biāo)系第四象限存在方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),現(xiàn)從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸正方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子在磁場(chǎng)中做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),然后進(jìn)入電場(chǎng)到達(dá)x軸上的C點(diǎn).已知質(zhì)子帶電量為+q,質(zhì)量為m,不計(jì)質(zhì)子的重力、質(zhì)子對(duì)電磁場(chǎng)的影響及質(zhì)子間的相互作用力.求:
(1)質(zhì)子剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向和大小;
(2)OC間的距離;
(3)若質(zhì)子到達(dá)C點(diǎn)后經(jīng)過(guò)第四限的磁場(chǎng)后恰好被放在x軸上D點(diǎn)處(圖上未畫出)的一檢測(cè)裝置俘獲,此后質(zhì)子將不能再返回電場(chǎng),則CD間的距離為多少.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,真空中有以(r,0)為圓心、半徑為r的圓柱形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向里,在y=r的上方足夠大的范圍內(nèi),有方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E,從O點(diǎn)向不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡均在紙面內(nèi).設(shè)質(zhì)子在磁場(chǎng)中的軌道半徑也為r,已知質(zhì)子的電量為e,質(zhì)量為m,不計(jì)重力及阻力的作用.求:
(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小;
(2)速度方向沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸所需的時(shí)間;
(3)速度方向與x軸正方向成30°角(如圖所示)射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸的位置坐標(biāo),并畫出質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖;
(4)質(zhì)子到達(dá)y軸的位置坐標(biāo)的范圍.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖所示,真空中有以(r,0)為圓心,半徑為 r 的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,方向垂直于紙面向里,在 y=r 的虛線上方足夠大的范圍內(nèi),有水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為 E,現(xiàn)在有一質(zhì)子從 O 點(diǎn)沿與 x 軸正方向斜向下成 30° 方向(如圖中所示)射入磁場(chǎng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后由M點(diǎn)(圖中沒(méi)有標(biāo)出)穿過(guò)y軸.已知質(zhì)子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 r,質(zhì)子的電荷量為 e,質(zhì)量為 m,不計(jì)重力、阻力.求:
(1)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的初速度大小;
(2)M點(diǎn)的坐標(biāo);
(3)質(zhì)子由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)所用時(shí)間.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

精英家教網(wǎng)如圖所示,真空中有以(r,0)為圓心,半徑為r的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向里,在y=r的虛線上方足夠大的范圍內(nèi),有水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E.從O點(diǎn)向不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡均在紙面內(nèi),且質(zhì)子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑也為r,已知質(zhì)子的電荷量為q,質(zhì)量為m,不計(jì)重力、粒子間的相互作用力及阻力的作用.求:
(1)質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小;
(2)沿x軸正方向射入磁場(chǎng)的質(zhì)子,到達(dá)y軸所需的時(shí)間;
(3)與x軸正方向成30°角(如圖所示)射入的質(zhì)子,到達(dá)y軸時(shí)的速度大小.

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同步練習(xí)冊(cè)答案
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