高考物理带电粒子在无边界匀强磁场中运动的基本方法技巧及练习题及练习题(含答案)

【答案】(1)【解析】 【分析】

(2)

本题考查在匀强磁场中的匀速圆周运动及其相关的知识点,意在考查考生灵活运用相关知识解决问题的的能力。 【详解】

(1)找圆心,画轨迹,求半径。

设粒子在磁场中运动半径为R,由几何关系得:

易得:

(2)设进入磁场时速度的大小为v,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有

进入圆形区域,带电粒子做匀速直线运动,则

联立②③④解得

6.如图所示,水平放置的两块长直平行金属板a、b相距为d,a、b间加有电压, b板下方空间存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计重力),从贴近a板的左端以v0的初速度水平射入匀强电场,刚好从狭缝P处穿过b板进入匀强磁场,最后粒子打到b板的Q处(图中未画出)被吸收.已知P到b板左端的距离为2d,求:

(1)进入磁场时速度的大小和方向; (2)P、Q之间的距离;

(3)粒子从进入板间到打到b板Q处的时间.

2d?m2mv0?【答案】(1)2v0,45 (2) (3) v02BqBq0【解析】 【分析】 【详解】

(1)粒子在两板间做类平抛运动,则:v0t=2d

1vyt=d, 2所以,v0=vy vp=v0?vy22?2v0,tan??vyv0=1,θ=45°

(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,圆心为O,半径为r,如图;

Bqvp?mvp2R,得:R?mvpBq

2R?2mv0 Bq左手定则,判断出粒子轨迹,xPQ?(3)在电场中的时间t1?磁场中的周期T?2d v02?m qB1?mt2?T? ,

42qB则t?t1?t2?【点睛】

2d?m? v02qB此题关键是搞清粒子的运动特点:在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,画出粒子的运动轨迹图即可解答.

7.如图所示,在y?0区域存在方向垂直xoy平面向里、大小为B的匀强磁场.坐标原点处有一电子发射源,单位时间发射n个速率均为v的电子,这些电子均匀分布于xoy平面y轴两侧角度各为60°的范围内.在x轴的正下方放置平行于y轴、足够长的金属板M和N(极板厚度不计),两板分别位于x?1.2D和x?2D处,N板接地,两板间通过导线连接有电动势U在0.25Um?mv2?Um?Um??范围内可调节的电源E和灵敏电流计G.沿y

e??轴正方向入射的电子,恰好能从x?2D处进入极板间.整个装置处于真空中,不计重力,忽略电子间的相互作用. (1)求电子的比荷;

(2)求电子在磁场中飞行的时间与发射角度?(速度方向与y轴的角度)的关系; (3)通过计算,定性画出流过灵敏电流计G的电流i和电动势U的关系曲线.

【答案】(1)【解析】 【详解】

v(180?2?)D (2)t?? (3)见解析 BD180vv2(1)根据洛伦兹力提供向心力:evB?m

r根据其中题意可知半径为:r=D

联立可得:

ev? mBD(2)粒子的运动周期为:T?2?m eB根据几何关系可知,当粒子从y轴的右侧射入时,对应的圆心角为:????2? 对应的时间为:

t?sr???2??D???2?? ??vvv当粒子从y轴的左侧射入时,对应的圆心角为:????2? 对应的时间为:

sr???2??D???2?? t???vvv(3)设进入M、N极板电子所对应的最大发射角为am,则有

2Dcosam?1/2D.am?53

左侧电子单位时间内能打到M极板的电子数为:nL?53n53?n 60z120对右侧电子:53???60均能达到M板上,0???53以?角射出恰好不能到达N板.

U1?2D(1?cos?)?mv2sin2? 0.8D2电压为:

则有:e1mv21U?(1?cos?)?Um(1?cos?)

5e5最大值为:Umax?2Um 5最小值为:Umin?0.32Um 当U?2Um,右侧所有电子均到达M板,饱和电流为: 5531113i?(?)ne?ne

1202120当U?0.32Um

右侧角度小于53电子均不能到达M板,此时到达极板M的电子数为灵敏电流计G的电流i和电动势U的关系曲线为:

n. 2

8.如图所示,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源,粒子源从

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