如图所示，所以O为圆心，R为半径的圆形区域内，有一个水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；竖直平行放置的极板A、K相距为d，AK之间的电压

题型：德州模拟难度：来源：

如图所示，所以O为圆心，R为半径的圆形区域内，有一个水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；竖直平行放置的极板A、K相距为d，AK之间的电压可以调节，S₁、S₂为A、K极板上的两个小孔，且S₁、S₂和O三点在垂直于极板的同一直线上，OS₂=R；质量为m、电量为q的正离子从S₁进入电场后，自S₂射出并进入磁场区域，不计重力和离子进入电场时的初速度，问：
（1）为使正离子射出磁场时的速度的方向与进入时重直，A、K之间的电压应为多大？
（2）粒子在磁场中的运动时间多长？魔方格

答案

（1）正离子在电场中做初速度为零的加速直线运动
由动能定理得qU=

mv2①
∵正离子以速度v进入匀强磁场，做匀速圆周运动Bqv=m

②
正离子离开磁场时的速度与进入时垂直，故r=R ③
解得A、K间的电压U=

B2R2q

（2）离子进入磁场后洛仑兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：Bqv=m

④
离子在磁场中做匀速圆周运动的周期为：T=

2πR

⑤
离子在磁场中的运动时间为：t=

T⑥
解④⑤⑥式得：t=

πm

2Bq

答：（1）为使正离子射出磁场时的速度的方向与进入时重直，A、K之间的电压应为

B2R2q

；
（2）粒子在磁场中的运动时间为：：t=

πm

2Bq

．

举一反三

一宇航员在某星球表面欲估测该星球的质量．他将一弹性不计的细线上端固定，下端系一质量为50g的小球，拉起小球，使其在同一竖直面内做小角度的摆动，测得摆长为2m，小球在60s时间内完成25次全振动．已知该星球的半径为3.2×10⁷m，万有引力常量G=6.67×10^-11N•m²/kg²，取π²=10，则该星球质量的数量级为（　　）

A．10²⁶

B．10²⁵

C．10¹⁸

D．10¹²

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在足够大的匀强磁场中一粒静止的钠同位素

2411

Na发生衰变，释放出的粒子运动方向与磁场垂直，现在探测到新核与放出粒子的运动轨迹均为圆，如图所示，则下列判断正确的是（　　）

A．新核要沿顺时针方向旋转

B．发生的是α衰变

C．轨迹1是新核的轨迹

D．新核是

2412

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如图所示，三个质量均为m的弹性小球用两根长均为L的轻绳连成一条直线而静止在光滑水平面上．现给中间的小球B一个水平初速度v₀，方向与绳垂直．小球相互碰撞时无机械能损失，轻绳不可伸长．求：
（1）当小球A、C第一次相碰时，小球B的速度．
（2）当三个小球再次处在同一直线上时，小球B的速度．
（3）运动过程中小球A的最大动能E_KA和此时两根绳的夹角θ．
（4）当三个小球处在同一直线上时，绳中的拉力F的大小．魔方格

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如图所示，一根轻绳一端系一个小球，另一端固定在O点，在O点有一个能测量绳的拉力的测力传感器E，让小球绕O点在竖直平面内做圆周运动，如图（a）所示．由传感器测出拉力F随时间t的变化图象如图（b）所示．已知小球在最低点A的速度v_A=6m/s．求
魔方格

（1）小球圆周运动周期；
（2）小球的质量；
（3）轻绳的长度L；
（4）小球在最高点的动能．

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受控核聚变过程中可释放出巨大的内能，对于参与核聚变的带电粒子而言，没有通常意义上的“容器”可装．科技工作者设计出了一种利用磁场约束带电粒子运动，使参与核聚变的带电粒子约束在某个区域内的控制方案，这个方案的核心可简化为如下的模型：如图所示是一个截面为内径R₁=0.10m、外径R₂=0.20m的环状区域，O点为该环状区域的圆心，区域内有垂直于截面向里的匀强磁场，磁感应强度B=0.50T．将带电粒子源置于环状区域内侧的A点（位于O点的正下方），若带电粒子源能沿垂直磁场方向连续地向各个方向射出氦核，已知氦核的比荷q/m=4.8×10⁷C/kg，不计带电粒子之间的相互作用力及其所受的重力．
（1）若氦核从A点射出时的速度大小为4.8×10⁵m/s，则它在磁场区域内做匀速圆周运动的半径为多大？
（2）若某氦核从A点射出后，恰好能沿磁场区域的内侧运动，则此氦核由A点射出时的速度大小和方向如何？
（3）假设粒子源向各个方向射出的氦核的最大速率都相同，若要使射入磁场的所有氦核都不能穿出磁场外边界，求氦核的最大速率．魔方格

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