如图所示，MN为两平行金属板，O、O为两金属板中心处正对的两个小孔，N板的右侧空间有磁感应强度大小均为B且方向相反的两匀强磁场区，图中N板与虚线CD、PQ为两磁

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如图所示，MN为两平行金属板，O、O为两金属板中心处正对的两个小孔，N板的右侧空间有磁感应强度大小均为B且方向相反的两匀强磁场区，图中N板与虚线CD、PQ为两磁场边界线，三条界线平行，两磁场区域的宽度分别为d和3d，沿边界线方向磁场区域足够大．在两金属板上加上大小可调节的直流电压，质量为m、电量为-q的带电粒子（重力不计）；从O点由静止释放，经过MN板间的电场加速后，从O"沿垂直于磁场方向射入磁场，若粒子能穿过CD界并进入CD右侧磁场但不能穿过PQ界，最终打到N板而结束运动，试求：
（1）粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场，MN板间的电压至少要大于多少；
（2）粒子不穿过PQ界，粒子从O射入磁场所允许的最大速率；
（3）最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间．

答案

（1）设MN间电压为U₀时，若粒子在CD左侧磁场中运动的圆弧与CD界相切，如图甲，
粒子经电场加速：qU₀=

mv₀²

在磁场中运动的圆周半径：r₀=d
qBv₀=m

v02

由上述得：U₀=

qB2d2

粒子要穿过C界，电压应大于：

qB2d2

．
（2）设粒子射入磁场速度为v时，粒子在CD左侧轨迹圆心为O₁，右侧轨迹圆心为O₂且圆弧与PQ相切，恰好不射出PQ界，
如图乙，

有：左右两圆周半径相同，均为r=2d
qBv=

mv2

得：v=

2qBd

（3）由图得圆弧圆心角为θ=

，α=

4π

粒子圆周运动周期：T=

2πr

2πm

粒子经过三段圆弧运动时间分别为：
t₁=t₃=

2π

T
t₂=

2π

T
在磁场中运动总时间：t=t₁+t₂+t₃=

5πm

3qB

答：（1）粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场，MN板间的电压至少要大于：

qB2d2

；
（2）粒子不穿过PQ界，粒子从O射入磁场所允许的最大速率为

2qBd

；
（3）最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间为

5πm

3qB

．

举一反三

如图所示，光滑轨道ABCD固定在竖直平面内，由直轨道AB与圆弧轨道BCD平滑相切对接组成．圆弧的圆心为O点，半径大小为R，OB与竖直方向OC夹角θ=37°，D点与圆心O点等高；竖直且过B点的直线PQ右侧空间内，被水平且过O点、D点的直线MN分为下区域Ⅰ和上区域Ⅱ，下区域Ⅰ内存在水平向右的匀强电场，场强为

，上区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强电场，场强为

．质量为m，电荷量为q的带正电小滑块（可视为质点），从直轨道上A点由静止开始下滑，A点离轨道最低点C的高度为2R，已知

，

3mg

，求：
（1）小滑块滑到C点时对轨道压力大小；
（2）小滑块离开D点后，运动到与D点等高时，距D点的水平距离；
（3）小滑块离开D点后，在区域Ⅱ运动过程中，经多长时间，它所受合外力的瞬时功率最小．

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一圆柱形磁铁竖直放置，如图所示，在它的下方有一带正电小球置于光滑绝缘水平面上，小球在水平面上做匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）

A．小球所受的合力可能不指向圆心

B．小球所受的洛仑兹力指向圆心

C．俯视观察，小球的运动方向一定是顺时针

D．俯视观察，小球的运动方向一定是逆时针

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如图所示，I、Ⅱ是竖直平面内两个相同的半圆形光滑绝缘轨道，K为轨道最低点．轨道I处于垂直纸面向外的匀强磁场中，轨道II处于水平向右的匀强电场中．两个完全相同的带正电小球a、b从静止开始下滑至第一次到达最低点k的过程，则此过程带电小球a、b相比（　　）

A．球a所需时间较长

B．球b机械能损失较多

C．在K处球a速度较大

D．在K处球b对轨道压力较大

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如图a所示，与水平方向成37°角的直线MN下方有与MN垂直向上的匀强电场，现将一重力不计、比荷

=10⁶c/kg的正电荷置于电场中的O点由静止释放，经过

×10^-5s后，电荷以v₀=1.5×l0⁴m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场，磁场与纸面垂直，磁感应强度B按图b所示规律周期性变化（图b中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过MN时为t=0时刻）．求：
（1）匀强电场的电场强度E；
（2）图b中t=

4π

×10^-5s时刻电荷与第一次通过MN的位置相距多远；
（3）如果电荷第一次通过MN的位置到N点的距离d=68cm，在N点上方且垂直MN放置足够大的挡板．求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间．

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如题图1所示的坐标系内，在x0（x0＞0）处有一垂直工轴放置的挡板．在y轴与挡板之间的区域内存在一个与xoy平珏垂直且指向纸内的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T．位于坐标原点O处的粒子源向xoy平面内发射出大量同种带正电的粒子，所有粒子的初速度大小均为vo=1.0×106m/s，方向与x轴正方向的夹角为θ，且0≤θ≤90°．该粒子的比荷为

=1.0×108C/kg，不计粒子所受重力和粒子间的相互作用，粒子打到挡板上后均被挡板吸收．
（1）求粒子在磁场中运动的轨道半径R：
（2）如题图2所示，为使沿初速度方向与x轴正方向的夹角θ=30°射出的粒子不打到挡板上，则x0必须满足什么条件？该粒子在磁场中运动的时间是多少？
（3）若x₀=5.0×10-2m，求粒子打在挡板上的范围（用y坐标表示），并用“”图样在题图3中画出粒子在磁场中所能到达的区域：

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