(2006?苏州二模)如图所示,质量均为m、电荷量均为q的带负电的一簇粒子从P1(-a,b)点以相同的速率v0在

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-06-28
(2013?徐州二模)如图所示,一比荷为105C/kg的带正电粒子A以速度v0=104m/s从O点沿y轴正方向射入磁感应强

(1)做出带电粒子运动的轨迹如图,带电粒子在磁场中运动时,洛仑兹力提供向心力,则 qvB=mv20R其转动半径为 R=mv0qB=0.1m带电粒子从O处进入磁场,转过120°后离开磁场,再做直线运动从P点射出时OP距离:d=R+2R=3R=0.3mP点的坐标:(0.3m,0)(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,连接粒子在磁场区入射点和出射点得弦长为:L=3R要使圆形匀强磁场区域面积最小,其半径刚好为L的一半,即:r=12L其面积为S=πr2=3π400m2(3)粒子A垂直于电场的方向进入电场,在电场中做类平抛运动,沿电场方向做匀加速直线运动,沿垂直于电场的方向做匀速直线运动;粒子B沿电场的方向做匀加速直线运动,由于粒子B与A完全相同,而且运动的时间相等,所以需要在A离开磁场时速度的方向PQ′上一定的范围内释放粒子B,可保证两个粒子在离开电场前相碰.由几何知识得A离开磁场时速度方向所在直线的方程为:y=?33x+310粒子A从P进入电场后做类平抛运动,设A离开电场时距离P点为L,则:Lcos30°=v0tLsin30°=12qEmt2代入数据可得:L=1mPQ′=Lcos30°=32m故Q′点的横坐标:xQ′=xP+PQ′?cos30°=0.3m+0.75m=1.05m所以该直线上满足0.3m≤x≤1.05m的任一点释放粒子B都能满足要求.答:(1)P点的坐标P点的坐标:(0.3m,0);(2)圆形匀强磁场区域的最小面积S=3π400m2;(3)所有满足条件的释放点的集合:直线y=?33x+310上满足0.3m≤x≤1.05m的任一点释放粒子B都能满足要求.

解答:解:(1)金属杆先做加速度变小的加速运动,最终以最大速度匀速运动.设杆匀速运动时速度为v,则有:F=B1ILE=B1Lv,电流为:I=ER1+R2,电阻R1消耗的电功率:P1=I2R1,代入数据解得:v=5m/s,P1=40W;(2)设杆匀速运动时C两极板间的电压为U,带电粒子进入圆筒的速率为V.在磁场中作匀速圆周运动的半径为R,由于C与电阻R1并联,由欧姆定律得:U=IR1=4.0V,由动能定理得:qU=12mv2-0,带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:qvB2=mv2R.由于带电粒子与圆筒壁碰撞时无电量和能量损失,那么每次碰撞前后粒子速度大小不变.速度方向总是沿着圆筒半径方向,4个碰撞点与小孔a恰好将圆筒壁五等分,粒子在圆筒内的轨迹具有对称性,由5段相同的圆弧组成,设每段轨迹圆弧对应的圆心角为θ,则由几何关系可得:rR=tanθ2.有两种情形符合题意如图所示:①情形1:每段轨迹圆弧对应的圆心角为:θ=π-25π=35π,代入数据解得:B2=tan3π10×10-3T,②情形2:每段轨迹圆弧对应的圆心角为:θ′=π-45π=15π.代入数据解得:B2′=tanπ10×10-3T;答:(1)金属杆最终匀速运动时杆的速度大小为5m/s;(2)磁感应强度B2大小为:tan3π10×10-3T,或tanπ10×10-3T.

解答:解:(1)设带电粒子从A点离开磁场区域,A点坐标为(x、y),粒子旋转的半径为R,旋转的圆心在C点,旋转圆心角为α,则
   x=一a+Rsinα,
   y=R-Rcosα,
解得(x+a)2+(y-R)2=R2
可见,所加磁场的边界的轨迹是一个以(-a,R)为圆心,
半径为R=
mv0
Bq
的圆.该圆位于x轴上方且与P1点相切.
(2)根据对称性可得出在P2处所加的磁场最小区域也是圆,同理可求得其方程为(x-a)2+(y-R)2=R2 
圆心为(a,R),半径为R=
mv0
Bq

由数学知识可知该圆位于x轴上方且与P2点相切;
根据左手定则判断得知,磁场方向垂直于xOy平面向里;
沿图示v0方向射出的带电粒子运动的轨迹如图所示.
答:
(1)所加磁场的边界的轨迹是一个以(-a,R)为圆心,半径为R=
mv0
Bq
的圆.该圆位于x轴上方且与P1点相切.
(2)①所加磁场的方向垂直于xOy平面向里;在图中定性画出所加的最小磁场区域边界的形状是圆,该圆位于x轴上方且与P2点相切.如上图所示;
②定性画出沿图示vo方向射出的带电粒子运动的轨迹如图;
③所加磁场区域与xOy平面所成截面边界的轨迹方程为(x-a)2+(y-R)2=R2.圆心为(a,R),半径为R=
mv0
Bq


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