例8: (08年宣武一模) 如图3-7所示,把中心带有小孔的平行放置的两个圆形金属板M和 N,连接在电压恒为U的直流电源上。一个质量为m,电荷量为q的微观正粒子,以近似于静止的状态,从M板中心的小孔进入电场,然后又从N板中心的小孔穿出,再进入磁感应强度为B的足够宽广的匀强磁场中运动。 求:(1)该粒子从N板中心的小孔穿出时的速度有多大? (2)该粒子在磁场中受到的洛仑兹力是多大?
(3)若圆形板N的半径为R,如果该粒子返回后能够直接打在圆形板N的右侧表面上,那么该磁场的磁感应强度B至少为多大?
图 3-7
例9:如图3-8所示,图中圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,现有一电荷量为q、质量为m的正离子从a点沿圆形区域的直径射入,设正离子射出磁场区域的方向与入射方向的夹角为600,求此正离子在磁场区域内飞行的时间及射出磁场的位置。
图 3-8
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例10:(09年丰台一模)如图3-9所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的
圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y= r的
虚线上方足够大的范围内,有方向水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E,从
O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内,且质子在磁场
中的偏转半径也为r,已知质子的电荷量为q ,质量为m ,不计重力、粒子间的相
互作用力及阻力的作用。求:
(1)质子射入磁场时速度的大小;
(2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;
(3)与x轴正方向成30o角(如图中所示)射入的质子,到达y轴的位置坐标。
图 3-9
例11:(08年西城一模)如图3-10所示,一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域,磁场宽度为d,方向垂直纸面向里。一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场。若电子在磁场中运动的轨道半径为2d。O′在MN上,且OO′ 与MN垂直。下列判断正确的是( )
A.电子将向右偏转 B.电子打在MN上的点与O′点的距离为d C.电子打在MN上的点与O′点的距离为3d D.电子在磁场中运动的时间为?d
3v0
6
左
× v ×× o ×× ×× ×× × M × × × O′ P O × × × × Q d 右 N
× × × 图 3-10
四.带电粒子在复合场中的运动
粒子在复合场中运动时注意受力分析,分析所受合力的大小和方向是否发生变化,从而判断出运动轨迹。关于速度大小和方向的变化,应注意各个力的特点。洛伦兹力始终和速度方向垂直,永不做功;重力对物体做的功与路径无关,只取决于初末位置的高度差;电场力对电荷做功与路径无关,只取决于初末位置的电势差。
例:在竖直向下的匀强电场和水平方向的匀强磁场正交的区域里,一不计重力的带电粒子从a点静止
开始沿曲线abc运动到c点时,速度恰好为零,b是运动中能达到的最高点,则下列说法正确的是 ( ) A.该粒子一定带负电,磁场方向一定垂直纸面向里 B.a、c两点处于同一水平线上 C.粒子通过b点时的速率最大 D.粒子到达c点后将沿原来路径返回到a点
例2:如图4-2所示,竖直绝缘杆处于方向彼此垂直,大小为E、B的匀强电、磁场中,一
个质量为m、带正电为q的小球,从静止开始沿杆下滑,且与杆的摩擦系数为μ,试求: (1)小球速度为多大时,加速度最大? 最大是多少? (2)小球下滑的最大速度是多少? 图 4-2
图 4-3
例4:在图4-4中虚线所示的区域存在匀强电场和匀强磁场,取坐标如图,一带电粒
子沿x轴正方向进入此区域,在穿过此区域的过程中运动方向始终不发生偏转, 不计重力的影响,电场强度E和磁感应强度B的方向可能是:( ) A.E和B都沿x轴方向 B.E沿y轴正向,B沿z轴正向
图 4-4 C.E沿z轴正向,B沿y轴正向
D.E和B都沿z轴正向
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例5:(08年北京高考题)在如图4-5所示的空间中,存在场强为E的匀强电场,同时存在 沿x轴负方向,磁感应强度为B的匀强磁场。一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动。据此可以判断出( )
A.质子所受电场力大小等于eE,运动中电势能减小;沿z轴正方向电势升高 B.质子所受电场力大小等于eE,运动中电势能增大;沿z轴正方向电势降低 C.质子所受电场力大小等于evB,运动中电势能不变;沿z轴正方向电势升高 D.质子所受电场力大小等于evB,运动中电势能不变;沿z轴正方向电势降低
图 4-5
例7:(08年东城二模)如图4-7所示的坐标系,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向。在x轴上方空间的第一、第二象限内,既无电场也无磁场,在第三象限,存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面(纸面)向里的匀强磁场,在第四象限,存在沿y轴负方向、场强大小与第三象限电场场强相等的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带电质点,从y轴上y = h处的P1点以一定的水平初速度沿x轴负方向进入第二象限.然后经过x轴上x = – 2h处的P2点进入第三象限,带电质点恰好能做匀速圆周运动。之后经过y轴上y = – 2h处的P3点进入第四象限。已知重力加速度为g。求: (1)粒子到达P2点时速度的大小和方向;
(2)第三象限空间中电场强度和磁感应强度的大小;
(3)带电质点在第四象限空间运动过程中最小速度的大小和方向。
图 4-7
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