图10-27为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同

图10-27为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同

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图10-27为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同的粒子沿电场方向进入场区,求能逸出场区的粒子的动能增量ΔEk

答案
ΔEk=0
解析
由于带电粒子在磁场中受到洛仑兹力是与粒子运动方向垂直的。它只能使速度方向发生变。粒子速度越大,方向变化越快。因此当一束初速度不同、电量为+q、质量为m的带电粒子射入电场中,将发生不同程度的偏转。有些粒子虽发生偏转,但仍能从入射界面的对面逸出场区(同错解答案);有些粒子将留在场区内运动;有些粒子将折回入射面并从入射面逸出场区。由于洛仑兹力不会使粒子速度大小发生变化,故逸出场区的粒子的动能增量等于电场力功。对于那些折回入射面的粒子电场力功为零,其动能不变,动能增量ΔEk=0。
举一反三
如图所示为某种新型分离设备内部电、磁场分布情况图。自上而下分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域。区域Ⅰ宽度为d1,分布有沿纸面向下的匀强电场E1;区域Ⅱ宽度为d2,分布有垂直纸面向里的匀强磁场B1;宽度可调的区域Ⅲ中分布有沿纸面向下的匀强电场E2和垂直纸面向里的匀强磁场B2。现有一群质量和带电量均不同的带电粒子从区域Ⅰ上边缘的注入孔A点被注入,这些粒子都只在电场力作用下由静止开始运动,然后相继进入Ⅱ、Ⅲ两个区域,满足一定条件的粒子将回到区域Ⅰ,其他粒子则从区域Ⅲ飞出,三区域都足够长。已知能飞回区域Ⅰ的带电粒子的质量为m=6.4×10—27kg、带电量为q=3.2×10—19C,且有d1=10cm,d2=5cm,E1=" " E2=40V/m,B1=4×10—3T,B2=2×10—3T。试求:

(1)该带电粒子离开区域Ⅰ时的速度;
(2)该带电粒子离开区域Ⅱ时的速度;
(3)为使该带电粒子还能回到区域Ⅰ的上边缘,区域Ⅲ的宽度d3应满足的条件;
(4)该带电粒子第一次回到区域Ⅰ的上边缘时离开A点的距离。
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xoy平面内,第Ⅲ象限内的直线OM是电场与磁场的边界,OM与负x轴成45°角。在x<0且OM的左侧空间存在着负x方向的匀强电场E,场强大小为32N/C,在y<0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场B,磁感应强度大小为0.1T,如图(13)所示。一不计重力的带负电的微粒,从坐标原点O沿y轴负方向以υ0=2×103m/s的初速度进入磁场,已知微粒的带电量为q=5×10-18C,质量为m=1×10-24kg,(不计微粒所受重力),求:
(1)带电微粒第一次经过磁场边界的位置坐标;
(2)带电微粒在磁场区域运动的总时间;
(3)带电微粒最终离开电、磁场区域的位置坐标。
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真空环境中存在竖直向上的匀强电场和匀强磁场,电场强度E=10.0V/m,磁感应强度B=3.14T.现在此空间建立xyz三维坐标系,其中x轴水平向右、y轴水平向里、z轴竖直向上,三坐标轴的单位均为米(m),一带电油滴恰好悬停在坐标原点。t1=0时刻油滴受瞬间的水平冲量(油滴质量、电量不变),以=3.14m/s的速度沿x轴正方向运动;t2=1.50s时刻撤去匀强磁场;t3=2.50s时刻撤去匀强电场。取g=10m/s2,试求t4=3.00s时刻油滴所在位置的坐标(计算结果取三位有效数字)。
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如图所示,质量为m的回形针系在细线下端被磁铁吸引保持静止,此时细绳与竖直方向的夹角为,则下列说法中正确的是
A.回形针平衡时受到磁体对它的磁力和绳的拉力作用,两力   
合力的方向向上偏右
B.回形针平衡时受到磁体对它的磁力和绳的拉力作用,两力
合力的方向向上偏左
C.现用点燃的火柴对回形针加热,细绳与竖直方向的夹角减  
小,原因是回形针加热后,分子电流排列无序了
D.现用点燃的火柴对回形针加热,细绳与竖直方向的夹角为减小,原因是回形针加
热后,分子电流消失了
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(16分)如图13-4-10所示,在真空中,半径为R=5L0的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在磁场右侧有一对平行金属板MN,两板间距离为d=6L0,板长为L=12L0,板的中心线O1O2与磁场的圆心O在同一直线上. 给MN板加上电压U0,其变化情况如图13-4-11所示.有一电荷量为q、质量为m的带电的粒子,从M、N板右侧沿板的中心线,在t=0或t=T/4时刻以速率v向左射入M、N之间,粒子在M、N板的左侧刚好以平行于MN板的速度射出.若上述粒子经磁场后又均能平行于M、N极板返回电场,而电场变化的周期T未知,求磁场磁感应强度B相应必须满足的条件.(不计粒子重力)

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