如图,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外,电场和磁场都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。

如图,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外,电场和磁场都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。

题型:江苏专项题难度:来源:
如图,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外,电场和磁场都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。一带正电荷的粒子从P(x=0,y=h)点以一定的速度平行于x轴正方向入射。这时若只有磁场,粒子将做半径为R0的圆周运动;若同时存在电场和磁场,粒子恰好做直线运动。现在,只加电场,当粒子从P点运动到x=R0平面(图中虚线所示)时,立即撤除电场同时加上磁场,粒子继续运动,其轨迹与x轴交于M点,不计重力。已知h=6cm,R0=10cm,求:  
(1)粒子到达x=R0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离;   
(2)M点的横坐标xM
答案
解:(1)做直线运动有:
做圆周运动有:
只有电场时,粒子做类平抛运动,有:
 ④
 ⑤
从③④⑤解得 ⑥,从①得E=Bv0 ⑦,从②式得 ⑧,将⑦、⑧代入⑥得:
粒子速度大小为:
速度方向与x轴夹角为:
粒子与x轴的距离为:
代入数据得H=11cm
(2)撤电场加上磁场后,有:
解得:,代入数据得
粒子运动轨迹如图所示,圆心C位于与速度v方向垂直的直线上,该直线与x轴和y轴的夹角均为π/4由几何关系得C点坐标为:,代入数据得
,代入数据得
过C作x轴的垂线,在ΔCDM中:
解得:
M点横坐标为:
代入数据得
举一反三
如图,直线MN上方有平行于纸面且与MN成45°的有界匀强电场,电场强度大小未知;MN下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B。今从MN上的O点向磁场中射入一个速度大小为v、方向与MN成45°角的带正电粒子,该粒子在磁场中运动时的轨道半径为R。若该粒子从O点出发记为第一次经过直线MN,而第五次经过直线MN时恰好又通过O点。不计粒子的重力。求:
(1)电场强度的大小;
(2)该粒子再次从O点进入磁场后,运动轨道的半径;
(3)该粒子从O点出发到再次回到O点所需的时间。
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在水平光滑的绝缘桌面内建立如图所示的直角坐标系,第Ⅰ、Ⅱ象限有方向垂直桌面的匀强磁场。第Ⅲ、Ⅳ象限有大小为E的匀强电场,方向与x轴成45°。现把一个质量为m,电量为q的正电荷从坐标为(0,-b)的M点处由静止释放,电荷以一定的速度第一次经x轴进入磁场区域。经过一段时间,从坐标原点O再次回到电场区域。求:
(1)电荷第一次经x轴进入磁场时的速度;
(2)磁感应强度的大小;
(3)粒子从M到O运动时间。


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如图所示,带正电的粒子以水平速度v0从平行金属板MN间中线连续射入,MN板间接有如图乙所示的随时间变化的电压,令电场只存在两板间,紧邻金属板右侧有垂直纸面向里的匀强磁场B,CD为分界线、EF为屏幕,已知金属板间距、磁场宽度、极板长均为0.2m,每个带正电粒子速度,比荷为,粒子重力不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,可认为电场是恒定不变的,求:
(1)带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径;
(2)带电粒子射出电场的最大速度;
(3)带电粒子打在屏幕EF上的范围。
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如图所示,串联阻值为R的闭合电路中,面积为S的正方形区域abcd存在一个方向垂直纸面向外、磁感应强度均匀增加且变化率为k的匀强磁场Bt,abcd的电阻值也为R,其他电阻不计。电阻两端又向右并联一个平行板电容器。在靠近M板处由静止释放一质量为m、电量为+q的带电粒子(不计重力),经过N板的小孔P进入一个垂直纸面向内、磁感应强度为B的圆形匀强磁场,已知该圆形匀强磁场的半径为。求:
(1)电容器获得的电压;
(2)带电粒子从小孔P射入匀强磁场时的速度;
(3)带电粒子在圆形磁场运动时的轨道半径及它离开磁场时的偏转角。
题型:0114 模拟题难度:| 查看答案
在高能物理研究中,粒子加速器起着重要作用,而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次,因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制。1930年,Earnest O. Lawrence博士提出了回旋加速器的理论,他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转,多次反复地通过高频加速电场,直至达到高能量,图甲为他设计的回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中,在磁场力作用下运动半周,再经狭缝电压加速;为保证粒子每次经过狭缝都被加速,应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度后被束流提取装置提取。设被加速的粒子为质子,质子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R,狭缝之间的距离为d,质子从离子源出发时的初速度为零,分析时不考虑相对论效应。
(1)求质子经第1次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与第2次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比;
(2)若考虑质子在狭缝中的运动时间,求质子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间;
(3)若要提高质子被此回旋加速器加速后的最大动能,可采取什么措施?
(4)若使用此回旋加速器加速氘核,要想使氘核获得与质子相同的最大动能,请你通过分析,提出一个简单可行的办法。
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