在如图所示的空间区域里,轴左方有一匀强电场,场强方向跟轴正方向成60°,大小为;轴右方有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度=0.20T.有一质子以速度=2.0
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在如图所示的空间区域里,轴左方有一匀强电场,场强方向跟轴正方向成60°,大小为;轴右方有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度=0.20T.有一质子以速度=2.0
题型:不详
难度:
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在如图所示的空间区域里,
轴左方有一匀强电场,场强方向跟
轴正方向成60°,大小为
;
轴右方有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度
=0.20T.有一质子以速度
=2.0×
m/s,由
轴上的A点(10cm,0)沿与
轴正方向成30°斜向上射入磁场,在磁场中运动一段时间后射入电场,后又回到磁场,经磁场作用后又射入电场.已知质子质量近似为
=1.6×
kg,电荷
=1.6×
C,质子重力不计.求:
(1)质子在磁场中做圆周运动的半径.
(2)质子从开始运动到第二次到达y轴所经历的时间.(计算结果保留3位有效数字)
(3)质子第三次到达y轴的位置坐标.
答案
(1)0.10m(2)
(3)(0,34.6cm)
解析
试题分析:(1)质子在磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动,
根据
得:质子做匀速圆周运动的半径为
(2)由于质子的初速度方向与x轴正方向夹角为30°,且半径恰好等于OA,因此,质子将在磁场中做半个圆周到达y轴上的C点,如图所示.
质子做圆周运动周期为
,
质子从出发运动到第一次到达y轴的时间
,
质子进入电场时的速度方向与电场的方向相同,在电场中先做匀减速直线运动,速度减为零后反向做匀加速直线运动,设质子在电场中运动的时间
,根据牛顿第二定律
,得
.
因此,质子从开始运动到第二次到达y轴的时间t为
.
(3)质子再次进入磁场时,速度的方向与电场的方向相同,在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,到达y轴的D点.
根据几何关系,可以得出C点到D点的距离为
;
则质子第二次到达y轴的位置为
.
即质子第三次到达y轴的坐标为(0,34.6cm).
点评:分析带电粒子在磁场中运动,首先要画出粒子运动轨迹图,然后根据洛伦兹力做向心力可求半径,还可以根据几何关系求半径,找到粒子做圆周运动的圆心角可求出运动时间。如果还存在电场,粒子在电场中一般做匀变速直线运动或类平抛运动,类平抛运动要把运动分解后研究。
举一反三
如图所示,在同一条竖直线上,有电荷量均为Q的A、B两个正点电荷,GH是它们连线的垂直平分线。另有一个带电小球C,质量为m、电荷量为+q(可视为点电荷),被长为L的绝缘轻细线悬挂于O点,现在把小球C拉起到M点,使细线水平且与 A、B处于同一竖直面内,由静止开始释放,小球C向下运动到GH线上的N点时刚好速度为零,此时细线与竖直方向的夹角θ= 30º。试求:
(1)在A、B所形成的电场中,M、N两点间的电势差,并指出M、N哪一点的电势高。
(2)若N点与A、B两个点电荷所在位置正好形成一个边长为a的正三角形,则小球运动到N点瞬间,轻细线对小球的拉力F
T
(静电力常量为k)。
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带电小球的质量为
m
,当匀强电场方向水平向右时(图中未画出),小球恰能静止在光滑圆槽形轨道的
A
点,图中角
θ
=30°,如图所示,当将电场方向转为竖直向下时(保持匀强电场的电场强度大小不变),求小球从
A
点起滑到最低点时对轨道的压力.
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在平面直角坐标系
xOy
中,第Ⅰ象限存在沿
y
轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为
B
.一质量为
m
、电荷量为
q
的带正电的粒子从
y
轴正半轴上的
M
点以一定的初速度垂直于
y
轴射入电场,经
x
轴上的
N
点与
x
轴正方向成
θ
=60°角射入磁场,最后从
y
轴负半轴上的
P
点垂直于
y
轴射出磁场,已知
ON
=
d
, 如图所示.不计粒子重力,求:
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径
R
;
(2)粒子在
M
点的初速度
v
0
的大小;
(3)粒子从
M
点运动到
P
点的总时间
t
.
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如图所示,MPQO为有界的竖直向下的匀强电场,电场强度为E, 在M下方整个空间有垂直向里的匀强磁场,ACB为光滑固定的半圆形轨道,圆轨道半径为R, AB为半圆水平直径的两个端点,AC为
圆弧。一个质量为m电荷量为q的带负电小球,从A点正上方高为H处由静止释放,并从A点沿切线进入半圆轨道。不计空气阻力及一切能量损失,关于带电粒子的运动情况,下列说法错误的是( )
A.小球一定能沿半圆形轨道从B点离开轨道
B.小球在AC部分可能做匀速圆周运动
C.若小球能从B点离开,上升的高度一定小于H
D.小球沿半圆形轨道从A运动至C点时的速度可能为零
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(10分) 一质量为m、电荷量为+q的粒子以速度v从O点沿y轴正方向射入一个磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,粒子飞出磁场区域后,从b处穿过x轴,速度方向与x轴正方向的夹角为30°,同时进入场强为E、方向沿与x轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中,通过了b点正下方的c点,如图所示,粒子的重力不计,试求:
(1)圆形匀强磁场区域的最小面积;
(2)c点到b点的距离。
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