如图所示,在空间中有一坐标系oxy,其第一象限中充满着两个方向不同的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ.直线OP是它们的边界.区域Ⅰ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内,区域
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如图所示,在空间中有一坐标系oxy,其第一象限中充满着两个方向不同的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ.直线OP是它们的边界.区域Ⅰ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内,区域
题型:不详
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如图所示,在空间中有一坐标系oxy,其第一象限中充满着两个方向不同的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ.直线OP是它们的边界.区域Ⅰ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内,区域Ⅱ中的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,边界上的P点坐标为(3L,3L).一质量为m,电荷量为+q的粒子从P点平行于y轴正方向以速度v
0
=
2BqL
m
射入区域Ⅰ,经区域Ⅰ偏转后进入区域Ⅱ(忽略粒子重力),求:
(1)粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径之比;
(2)粒子在磁场中运动的总时间及离开磁场的位置坐标.
答案
(1)带电粒子射入磁场中,由洛伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得
qvB=m
v
2
R
①
解得 R=
mv
qB
②
所以,粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径分别为:R
1
=
m
v
0
2qB
,R
2
=
m
v
0
qB
③
解得
R
1
R
2
=
1
2
④
(2)粒子在磁场中圆周运动的周期为T=
2πm
qB
⑤
可得
T
1
=
πm
qB
,
T
2
=
2πm
qB
⑥
粒子在区域Ⅰ中转过的圆心角为θ
1
=
3
2
π
⑦
粒子在区域Ⅰ中运动的时间为
t
1
=
θ
1
2π
T
1
⑧
解得
t
1
=
3πm
4qB
⑨
粒子在区域Ⅱ中转过的圆心角为
θ
2
=
π
2
⑩
粒子在区域Ⅱ中运动的时间为
t
2
=
θ
2
2π
T
2
(11)
解得
t
2
=
πm
2qB
(12)
所以t=t
1
+t
2
=
5πm
4qB
(13)
将速度v
0
=
2BqL
m
代入得
R
1
=L,R
2
=2L (14)
由几何关系得
.
O
O
2
=3L-
R
1
,
.
O
2
M
=
R
2
(15)
粒子离开磁场的横坐标为x=
.
O
O
2
+
.
O
2
M
=4L (16)
粒子离开磁场的位置坐标(4L,0)(17)
答:(1)粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径之比是1:2;
(2)粒子在磁场中运动的总时间是
5πm
4qB
,离开磁场的位置坐标是(4L,0).
举一反三
2009年3月1日16时13分10秒,中国自主研制的第一个月球探测器(嫦娥一号)成功实现“受控撞月”,为我国探月一期工程画上圆满的句号.
(1)设探测器的质量为m,月球的半径为R,月球表面的重力加速度为g,“受控撞月”开始前探测器在离月球表面高为h的圆形环月轨道上正常运行.求它在此轨道上正常运行的线速度大小;
(2)假设此次进行“受控撞月”开始的过程按图甲所示进行,探测器在A点向前短时间喷气,减速后的探测器做向心运动沿曲线到达月球表面附近的B点.设探测器到达B点时速度大小为v
B
,从A到B的空间范围内的重力加速度大小都近似等于月球表面的重力加速度,喷出的气体相对于月球表面的速度大小为u,求喷出气体的质量;
(3)为了增加撞击效果,撞击前要利用剩余的燃料对探测器进行加速,图乙所示为探测器到达B点时速度方向的示意图,为了使探测器能够沿此方向做加速直线运动,请在图乙中用由坐标原点O出发的有向线段表示出可能的一种发动机喷气方向.
题型:不详
难度:
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1998年6月,我国科学家和工程师研制的阿尔法磁谱仪由发现号航天飞机搭载升空,探测宇宙中是否有反物质.我们知道物质的原子是由带正电的原子核及带负电的电子组成,原子核是由质子和中子组成,而反物质的原子则是由带负电的反原子核及带正电的正电子组成,反原子核由反质子和反中子组成.与质子、中子、电子等这些物质粒子相对应的反质子、反中子、反电子等均称为反粒子.由于反粒子具有与相应粒子完全相同的质量及相反的电磁性质,故可用下述方法探测:如图所示,设图中各粒子或反粒子沿垂直于匀强磁场B方向(O′O)进入横截面为MNPQ的磁谱仪时速度相同,若氢(
11
H)原子核在Ox轴上的偏转位移为x
0
,且恰为其轨道半径的一半.
(1)请画出反氢核(
1-1
H)和反氦核(
4-2
He)的轨迹;
(2)求出它们在Ox轴上的偏转位移x
1
和x
2
.
题型:不详
难度:
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如图所示,在地面附近有一范围足够大的互相正交的匀强电场和匀强磁场.匀强磁场的磁感应强度为B,方向水平并垂直纸面向外,一质量为m、带电量为-q的带电微粒在此区域恰好做速度大小为v的匀速圆周运动.(重力加速度为g)
(1)求此区域内电场强度的大小和方向;
(2)若某时刻微粒运动到场中距地面高度为H的P点,速度与水平方向成45
0
,如图所示.则该微粒至少须经多长时间运动到距地面最高点?最高点距地面多高?
(3)在(2)问中微粒运动P点时,突然撤去磁场,同时电场强度大小不变,方向变为水平向右,则该微粒运动中距地面的最大高度是多少?
题型:武汉模拟
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水平轨道与半径R=2m,高为h=0.8m的一段圆弧形光滑轨道连接,如图所示.一个物体从水平轨道上以初速度v
0
冲上圆弧轨道并通过最高点而没有脱离轨道,求物体的初速度v
0
的范围.
题型:不详
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2
)
题型:不详
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