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电磁场中的极值问题VIP免费

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1.(2018·四川省乐山市第二次调研)如图5所示,在平面直角坐标系xOy平面内,直角三角形abc的直角边ab长为6d,与y轴重合,∠bac=30°,中位线OM与x轴重合,三角形内有垂直纸面向里的匀强磁场.在笫一象限内,有方向沿y轴正向的匀强电场,场强大小E与匀强磁场磁感应强度B的大小满足E=v0B.在x=3d的N点处,垂直于x轴放置一平面荧光屏.电子束以相同的初速度v0从y轴上-3d≤y≤0的范围内垂直于y轴向左射入磁场,其中从y轴上y=-2d处射入的电子,经磁场偏转后,恰好经过O点.电子质量为m,电荷量为e,电子间的相互作用及重力不计.求INCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\5-60.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\第一部分专题复习\\5-60.TIF"\*MERGEFORMATINET图5(1)匀强磁杨的磁感应强度B;(2)电子束从y轴正半轴上射入电场时的纵坐标y的范围;(3)荧光屏上发光点距N点的最远距离L.答案(1)(2)0≤y≤2d(3)d解析(1)设电子在磁场中做圆周运动的半径为r;由几何关系可得r=d电子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:ev0B=m解得:B=(2)当电子在磁场中运动的圆轨迹与ac边相切时,电子从+y轴射入电场的位置距O点最远,如图甲所示.INCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\5-61.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\第一部分专题复习\\5-61.TIF"\*MERGEFORMATINET设此时的圆心位置为O′,有:O′a=OO′=3d-O′a解得OO′=d即从O点进入磁场的电子射出磁场时的位置距O点最远所以ym=2r=2d电子束从y轴正半轴上射入电场时的纵坐标y的范围为0≤y≤2d(3)设电子从0≤y≤2d范围内某一位置射入电场时的纵坐标为y,从ON间射出电场时的位置横坐标为x,速度方向与x轴间夹角为θ,在电场中运动的时间为t,电子打到荧光屏上产生的发光点距N点的距离为L,如图乙所示:INCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\5-62.TIF"\*MERGEFORMATINETINCLUDEPICTURE"E:\\张潇\\2018\\二轮\\物理通用\\word\\第一部分专题复习\\5-62.TIF"\*MERGEFORMATINET根据运动学公式有:x=v0ty=·t2vy=ttanθ=,tanθ=由题意知E=v0B=解得:L=(3-)·当3-=即y=d时,L有最大值解得:L=d2.如图所示为研究电子枪中电子在电场中运动的简化模型示意图。在Oxy平面的ABCD区域内,存在两个场强大小均为E的匀强电场I和II,两电场的边界均是边长为L的正方形,电子的电量为e(不计电子所受重力)。(1)在该区域AB边的中点处由静止释放电子,求电子离开ABCD区域的位置坐标。(2)在电场I区域内适当位置由静止释放电子,电子恰能从ABCD区域左下角D处离开,求所有释放点的位置坐标。在满足(2)的情况下,粒子从释放点出发到达D点所需的最短时间是多少。(1)设电子的质量为m,电量为e,在电场I中释放后将做出速度为零的匀加速直线运动,出区域I时的速度为v0,接着进入电场II做类平抛运动,假设电子从CD边射出,出射点纵坐标为y,对电子的整个运动过程运用动能定理和匀变速直线运动公式有:(2分)(1分)eE=maL=v0t(1分)以上两式联立解得:(1分)所以原假设成立,即电子离开ABCD区域的位置坐标为;(1分)(2)设释放点在电场区域I中,其坐标为(x,y),在电场I中电子被加速到v1,然后进入电场II做类平抛运动,并从D点离开,有:(2分)(1分)以上两式联立解得:,即在电场I区域内满足方程的点即为所求位置;(2分)(3)粒子在电场区域I中运动的时间为:(1分)解得:(1分)粒子出电场区域I时的速度(1分)粒子在无电场区域做匀速直线运动的时间为:;(2分)粒子在电场区域II的时间为:(1分)也可写成:即联立;(1分)由数学知识可知:。(2分)3.如图所示,在水平线ab下方有一匀强电场,电场强度为E,方向竖直向下,ab的上方存在匀强磁场,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,磁场中有一内、外半径分别为R、的半圆环形区域,外圆与ab的交点分别为M、N。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子在电场中P点静止释放,由M进入磁场,从N射出,不计粒子重力。(1)求粒子从P到M所用的时间t;(2)若粒子...

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