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(物理)物理带电粒子在无边界匀强磁场中运动易错剖析及解析VIP免费

(物理)物理带电粒子在无边界匀强磁场中运动易错剖析及解析_第1页
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(物理)物理带电粒子在无边界匀强磁场中运动易错剖析及解析一、带电粒子在无边界匀强磁场中运动1专项训练1.如图所示,在一直角坐标系xoy平面内有圆形区域,圆心在x轴负半轴上,P、Q是圆上的两点,坐标分别为P(-8L,0),Q(-3L,0)。y轴的左侧空间,在圆形区域外,有一匀强磁场,磁场方向垂直于xoy平面向外,磁感应强度的大小为B,y轴的右侧空间有一磁感应强度大小为2B的匀强磁场,方向垂直于xoy平面向外。现从P点沿与x轴正方向成37°角射出一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,带电粒子沿水平方向进入第一象限,不计粒子的重力。求:(1)带电粒子的初速度;(2)粒子从P点射出到再次回到P点所用的时间。【答案】(1)8qBLvm;(2)41(1)45mtqB【解析】【详解】(1)带电粒子以初速度v沿与x轴正向成37o角方向射出,经过圆周C点进入磁场,做匀速圆周运动,经过y轴左侧磁场后,从y轴上D点垂直于y轴射入右侧磁场,如图所示,由几何关系得:5sin37oQCL15sin37OOQOQL在y轴左侧磁场中做匀速圆周运动,半径为1R,11ROQQC21vqvBmR解得:8qBLvm;(2)由公式22vqvBmR得:2mvRqB,解得:24RL由24RL可知带电粒子经过y轴右侧磁场后从图中1O占垂直于y轴射放左侧磁场,由对称性,在y圆周点左侧磁场中做匀速圆周运动,经过圆周上的E点,沿直线打到P点,设带电粒子从P点运动到C点的时间为1t5cos37oPCL1PCtv带电粒子从C点到D点做匀速圆周运动,周期为1T,时间为2t12mTqB2137360ootT带电粒子从D做匀速圆周运动到1O点的周期为2T,所用时间为3t22·2mmTqBqB3212tT从P点到再次回到P点所用的时间为t12222tttt联立解得:41145mtqB。2.如图所示,半径为R的半圆形区域内存在垂直纸面向内的匀强磁场,磁感应强度大小为B,圆弧上P点与圆心O的连线垂直于直径MN,P点放置一粒子源,其向纸面内各个方向均匀发射两种原子核、,的速率为v,的速率为,沿PO方向发射的恰好从N点离开磁场,忽略原子核间的相互作用及原子核的重力,取sin53°=0.8,cos53°=0.6。(1)求原子核的比荷(用B、v、R表示)及其从P点到边界MN的最短时间;(2)其中一原子核的轨迹恰能与ON的中点A相切,求粒子的质量数a;(3)在直径MN上安装金属板,并与电阻r串联后接地,带正电的原子核到达金属板后被吸收形成电流。已知粒子源P单位时间内发射n个粒子,其中占40%,占60%,求稳定后通过电阻r的电流大小。(已知电子的电荷量为e)【答案】(1);(2)(3)【解析】【分析】(1)根据已知条件作出对应的运动轨迹图,根据几何关系求出最小的圆心解,再根据求解最短的运动时间;(2)根据已知条件作出对应的运动轨迹图,根据几何关系求出运动半径,根据洛伦兹力提供向心力求出比荷,即可求出质量数a;(3)根据已知条件作出对应的运动轨迹图,根据几何关系求出对应的角度,从而求出粒子可能出射击的范围,再根据电流的定义式求出电流的表达式。【详解】(1)由已知条件得:圆周运动的半径为R,由,得弦OP最短,其所对应的圆心角也最小,对应的时间也最短,如图所示:由几何关系得:圆心角为,运动的周期为故运动的时间为(2)设圆周运动半径为,如图所示、:由几何关系得:解得:设Y粒子的质量为,电荷量为由,解得:联立解得:,即,解得:a=15(3)对Y粒子,设粒子初速度方向与切线PQ方向夹角为,如图所示:已知轨迹恰好与A相切,则代入数据解得:,解得:由几何关系得Y粒子在范围内出射能到达金属板单位时间打到金属板的Y粒子数为由几何关系得Y粒子在范围内出射能到达金属板单位时间打到金属板的Y粒子数为通过电阻r上的电流【点睛】带电粒子在匀强磁场中运动,一般根据几何关系求得半径,然后由洛伦兹力做向心力求得磁感应强度;或由洛伦兹力做向心力求得半径,然后根据几何关系求得运动轨迹、运动时间。3.如图纸面内的矩形ABCD区域存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,对边AB∥CD、AD∥BC,电场方向平行纸面,磁场方向垂直纸面,磁感应强度大小为B.一带电粒子从AB上的P点平行于纸面射入该区域,入射方向与AB的夹角为θ(θ<90°),粒子恰好做匀速直线运动并从CD射出.若撤去电场,粒子以同样的速度从P点射入该区域,恰垂直CD射出.已知边长AD=BC=d,带电粒子的质量为m,带电量为q,...

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