(12分)一質量為m、帶電量為+q的粒子以速度v0從O點沿y軸正方向射入一圓形勻強磁場區(qū)域,磁場方向垂直紙面向外,粒子飛出磁場區(qū)域后,從b處穿過x軸,速度方向與x軸正方向的夾角為30°,同時進入場強大小為大小為E,方向沿x軸負方向成60°角斜向下的勻強電場中,通過了b點正下方c點,如圖所示,已知 b到O的距離為L,粒子的重力不計,試求:
(1)磁感應強度B
(2)圓形勻強磁場區(qū)域的最小面積;
(3)c點到b點的距離
(1)(2)(3)
解析試題分析:(1)粒子在磁場中受洛侖茲力作用,作勻速圓周運動,設其半徑為R,O點即進入磁場開始勻速圓周運動,粒子在磁場中的軌跡的圓心C必在x軸上,且b點速度切線x軸交點為b點,而b點不可能是圓心,所以b點在磁場區(qū)之外。過b沿速度方向作延長線,它與y軸相交于d點。
作圓弧過O點與y軸相切,并且與bd相切,切點a即粒子離開磁場區(qū)的地點。這樣也求得圓弧軌跡的圓心C,如圖所示。
由圖中幾何關系得:L=3R
勻強磁場中洛倫茲力提供向心力即,得
帶入數(shù)據(jù)得
(2)要使磁場的區(qū)域有最小面積,則線O應為磁場區(qū)域的直徑
由幾何關系知:
得
∴勻強磁場的最小面積為:
(3)帶電粒子進入電場后,由于速度方向與電場力方向垂直,故做類平拋運動
設BC的距離為d,則由運動的合成知識有:
而
聯(lián)立解得:
考點:帶電粒子在復合場中的運動
科目:高中物理 來源: 題型:計算題
如圖所示,左側裝置內(nèi)存在著勻強磁場和方向豎直向下的勻強電場,裝置上下兩極板問電勢差為U,間距為L;右側為“臺形”勻強磁場區(qū)域ACDH,其中,AH//CD, =4L。一束電荷量大小為q、質量不等的帶電粒子(不計重力、可視為質點),從狹縫S1射入左側裝置中恰能沿水平直線運動并從狹縫S2射出,接著粒子垂直于AH、由AH的中點M射入“臺形”區(qū)域,最后全部從邊界AC射出。若兩個區(qū)域的磁場方向均水平(垂直于紙面向里)、磁感應強度大小均為B,“臺形”寬度=L,忽略電場、磁場的邊緣效應及粒子間的相互作用。
(1)判定這束粒子所帶電荷的種類,并求出粒子速度的大小;
(2)求出這束粒子可能的質量最小值和最大值;
(3)求出(2)問中偏轉角度最大的粒子在“臺形”區(qū)域中運動的時間。
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
磁流體發(fā)電是一項新興技術,它可以把物體的內(nèi)能直接轉化為電能,如圖所示,平行金屬板A、B之間相距為d,板間的磁場按勻強磁場處理,磁感應強度為B,等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場,金屬板A、B是邊長為a的正方形,等離子體的電阻率為ρ,外接電阻R。求:
(1)發(fā)電機的電動勢;
(2)電阻R上的電流;
(3)要使等離子體能進入磁場所需的外力.
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
(14分)如圖所示,一對磁偏轉線圈形成的勻強磁場分布在R = 0.10m的圓形區(qū)域內(nèi),磁感應強度為0.1T。圓的左端跟y軸相切于直角坐標系的原點O,右端跟足夠大的熒光屏MN相切于x軸上A點,置于原點的粒子源沿x軸正方向射出帶正電的粒子流,以v =×106m/s射入磁場,粒子的比荷為1×108c/kg,重力不計。求
(1)粒子在磁場中運動的時間。
(2)粒子打在熒光屏上的位置距A的距離。
(3)要使粒子打不到熒光屏上,求粒子的速度大小應滿足的條件。
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
在第三次工業(yè)革命的今天,新材料的發(fā)現(xiàn)和運用尤為重要。我國某科研機構發(fā)現(xiàn)一種新型的半導體材料,目前已經(jīng)知道這種半導體材料的載流子(參與導電的“帶電粒子”)的電荷量的值是e(電子電量的絕對值),但不知道它的電性和載流子的數(shù)密度n(單位體積中載流子的數(shù)量)。為了測定這種材料中的載流子是帶正電還是帶負電,以及載流子的數(shù)密度,科學家把這種材料先加工成一塊偏平的六面體樣品,這塊樣品的長、寬和厚度分別為a、b、d(如圖中所示),F(xiàn)將這塊樣品接入電路中,且把靠外的偏平面標記為M,靠里的偏平面標記為N,然后在垂直于大平面的方向加上一個磁感應強度大小為B的勻強磁場。接通電鍵S,調節(jié)可變電阻R.使電路中產(chǎn)生合適的電流。然后用電壓表判定M、N兩個面的電勢高低并測定M、N間的電壓(也叫霍耳電壓),從而得到這種半導體材料載流子的電性和數(shù)密度。
(1)當M的電勢比N的電勢低時,材料中的載流子帶 電(填“正”或“負”);
(2)為了測定載流子的數(shù)密度n,除題目中已給出的數(shù)據(jù)外,還需要測定的物理量有(寫出物理量的含義并設定相應的符號) ;
(3)根據(jù)題設條件和你測定的物理量,寫出載流子的數(shù)密度的表達式n= 。
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科目:高中物理 來源: 題型:計算題
如右圖所示為研究帶電粒子在磁場中偏轉問題的實驗裝置:M、N是豎直放置的兩正對著的平行金屬板,S1、S2是板上兩個正對的小孔,其中N板的右側有一個在豎直面內(nèi),以O為圓心的圓形區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強磁場,另有一個同樣以O為圓心的半圓形熒光屏AO′C.已知S1、S2、O和熒光屏的中間位置O′在同一直線上,且AC⊥S1O′.當在M、N板間加恒定電壓U時,一帶正電離子在S1處由靜止開始加速向S2孔運動,最后打在圖示的熒光屏上的P處,∠COP=30°.若要讓上述帶正電離子(不計重力)仍在S1處由靜止開始加速,最后打在圖示的熒光屏下邊緣C處,求M、N板間所加電壓的大小U′.
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科目:高中物理 來源: 題型:實驗題
有一個帶正電的小球,質量為m,電荷量為q,靜止在固定的絕緣支架上.現(xiàn)設法給小球一個瞬時的初速度v0使小球水平飛出,飛出時小球的電荷量沒有改變.同一豎直面內(nèi),有一個固定放置的圓環(huán)(圓環(huán)平面保持水平),環(huán)的直徑略大于小球直徑,如圖甲所示.空間所有區(qū)域分布著豎直方向的勻強電場,垂直紙面的勻強磁場分布在豎直方向的帶狀區(qū)域中,小球從固定的絕緣支架水平飛出后先做勻速直線運動,后做勻速圓周運動,豎直進入圓環(huán).已知固定的絕緣支架與固定放置的圓環(huán)之間的水平距離為2s,支架放小球處與圓環(huán)之間的豎直距離為s,v0>,小球所受重力不能忽略.求:
(1)空間所有區(qū)域分布的勻強電場的電場強度E的大小和方向;
(2)垂直紙面的勻強磁場區(qū)域的最小寬度S,磁場磁感應強度B的大小和方向;
(3)小球從固定的絕緣支架水平飛出到運動到圓環(huán)的時間t.
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科目:高中物理 來源: 題型:單選題
一勻強磁場,磁場方向垂直紙面,規(guī)定向里的方向為正,在磁場中有一位于紙面內(nèi)細金屬圓環(huán),如圖甲所示.現(xiàn)令磁感應強度值B按圖乙隨時間t變化,令E1、E2、E3分別表示oa、ab、bc這三段變化過程中感應電動勢的大小,I1、I2、I3分別表示其對應的感應電流
A.I1、I3沿逆時針方向,I2沿順時針方向 | B.I1沿逆時針方向,I2、I3沿順時針方向 |
C.E1>E2> E3 | D.E1<E2=E3 |
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科目:高中物理 來源: 題型:單選題
矩形導線框abcd放在分布均勻的磁場中,磁場區(qū)域足夠大,磁感線方向與導線框所在平面垂直,如圖(甲)所示。在外力控制下線框處于靜止狀態(tài)。磁感應強度B隨時間變化的圖象如圖(乙)所示,t=0時刻,磁感應強度的方向垂直導線框平面向里。在0~4s時間內(nèi),導線框ad邊所受安培力隨時間變化的圖象(規(guī)定向左為安培力正方向)應該是下圖中的
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