(20分)如图所示,在坐标系xOy所在平面内有一半径为a的圆形区域,圆心坐标O1(a , 0),圆内分布有垂直xOy平面的匀强磁场。在坐标原点O处有一个放射源,

(20分)如图所示,在坐标系xOy所在平面内有一半径为a的圆形区域,圆心坐标O1(a , 0),圆内分布有垂直xOy平面的匀强磁场。在坐标原点O处有一个放射源,

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(20分)如图所示,在坐标系xOy所在平面内有一半径为a的圆形区域,圆心坐标O1a , 0),圆内分布有垂直xOy平面的匀强磁场。在坐标原点O处有一个放射源,放射源开口的张角为90°,x轴为它的角平分线。带电粒子可以从放射源开口处在纸面内朝各个方向射出,其速率v、质量m、电荷量+q均相同。其中沿x轴正方向射出的粒子恰好从O1点的正上方的P点射出。不计带电粒子的重力,且不计带电粒子间的相互作用。
(1)求圆形区域内磁感应强度的大小和方向;
(2)a.判断沿什么方向射入磁场的带电粒子运动的时间最长,并求最长时间;
b.若在ya的区域内加一沿y轴负方向的匀强电场,放射源射出的所有带电粒子运动过程中将在某一点会聚,若在该点放一回收器可将放射源射出的带电粒子全部收回,分析并说明回收器所放的位置。
答案
(1)设圆形磁场区域内的磁感应强度为B,带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力提供向心力:

其中R=a
则:
由左手定则判断磁场方向垂直于xOy平面向里 (6分)

(2)沿与x轴45°向下射出的带电粒子在磁场中运动的时间最长,轨迹如图,根据几何关系粒子离开磁场时速度方向沿y轴正方向,∠OO3Q=135º。
设该带电粒子在磁场中运动的时间为t,根据圆周运动周期公式得:
所以:                (8分)

(3)设某带电粒子从放射源射出,速度方向与x轴的夹角为α,做速度v的垂线,截取OO4=a,以O4为圆心a为半径做圆交磁场边界于M点。由于圆形磁场的半径与带电粒子在磁场中运动的半径均为a,故OO1MO4构成一个菱形,所以O4Mx轴平行,因此从放射源中射出的所有带电粒子均沿y轴正方向射出。带电粒子在匀强电场中做匀减速直线运动,返回磁场时的速度与离开磁场时的速度大小相等方向相反,再进入磁场做圆周运动,圆心为O5OO4O5N构成一平行四边形,所以粒子在磁场中两次转过的圆心角之和为180°,第二次离开磁场时都经过N点。故收集器应放在N点,N点坐标为(2a,0)。  (6分)

解析

举一反三
如图所示在平面直角坐标系xOy中,,第Ⅰ、II象限存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E,第III、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轴正半轴上距原点O为d的P点以速度v0垂直于y轴射入第Ⅰ象限的电场,经x轴射入磁场,已知.不计粒子重力,求:

(1)粒子在磁场中运动的半径,画出带电粒子运动的轨迹。
(2)从粒子射入电场开始,求粒子经过x轴时间的可能值。
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如图4所示,足够长的光滑U型导轨宽度为L,其所在平面与水平面的夹角为,上端连接一个阻值为R的电阻,置于磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,今有一质量为、有效电阻的金属杆沿框架由静止下滑,设磁场区域无限大,当金属杆下滑达到最大速度时,运动的位移为,则
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B.在此过程中电阻R产生的焦耳热为
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下列有关电磁学知识的几句说法,正确的是
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C.磁场中某点磁感强度的方向就是正电荷在该点所受洛伦兹力的方向
D.磁通量的国际单位是韦伯

如图,在xoy直角坐标系中,在第三象限有一平行x轴放置的平行板电容器,板间电压U=1×102V。现有一质量m=1.0×10-12kg,带电量q=2.0×10-10C的带正电的粒子(不计重力),从下极板处由静止开始经电场加速后通过上板上的小孔,垂直x轴从A点进入第二象限的匀强磁场中。磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度B=1T。粒子在磁场中转过四分之一圆周后又从B点垂直y轴进入第一象限,第一象限中有平行于y轴负方向的匀强电场E,粒子随后经过x轴上的C点,已知OC=1m。求:

(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r。
(2)第一象限中匀强电场场强E的大小。
如图所示,在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在沿轴负方向的匀强电场.一粒子源固定在x轴上的A点,A点坐标为(-L,0)。.粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子,电子恰好能通过y轴上的C点,C点坐标为(0,2L),电子经过磁场偏转后方向恰好垂直于x轴射入第四象限.(电子的质量间的相互作用.)求:
(1)第二象限内电场强度E的大小;
(2)电子离开电场时的速度方向与y轴正方向的夹角θ
(3)圆形磁场的最小半径Rmin.