一足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向里的勻強磁場，矩形區(qū)域的左邊界ad寬為L，現(xiàn)從ad中點O垂直于磁場射入一帶電粒子，速度大小為v0方向與ad邊夾角為30°，如圖所示．已知粒子的電荷量為q，質(zhì)量為m（重力不計）．
（1）若粒子帶負(fù)電，且恰能從d點射出磁場，求v0的大�。�
（2）若粒子帶正電，使粒子能從ab邊射出磁場，求v0的取值范圍以及引范圍內(nèi)粒子在磁場中運動時間t的范圍．
分析：（1）根據(jù)牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，結(jié)合幾何關(guān)系可確定半徑的范圍，即可求解；
（2）根據(jù)題意確定運動軌跡，再由圓心角與周期公式，即可確定最長運動的時間；根據(jù)半徑公式與半徑的取值，即可求解．
解答：（1）由圖可知：R=
L
2

據(jù)洛倫茲力提供向心力，得：qvB=
m
v
2
0
R

則v0=
qBR
m
=
qBL
2m

（2）當(dāng)v0最大時：R1-R1cos60°=
L
2
        
得R1=L     
則：vmax=
qBR1
m
=
qBL
m
      
當(dāng)v0最小值：R2+R2sin30°=
L
2
         
得：R2=
L
3
       
則vmin=
qBR2
m
=
qBL
3m

   
qBL
3m
＜v0≤
qBL
m

帶電粒子從ab邊射出磁場，當(dāng)速度為vmax時，運動時間最短．
tmin=
150°
360°
T=
5πm
6qB
                
速度為vmin時運動時間最長：tmax=
240°
360°
T=
4πm
3qB

∴粒子運動時間t的范圍 
5πm
6qB
≤t＜
4πm
3qB

答：（1）粒子帶負(fù)電，且恰能從d點射出磁場，v0=
qBL
2m
；
（2）粒子帶正電，使粒子能從ab邊射出磁場，v0的取值范圍
qBL
3m
＜v0≤
qBL
m
，粒子在磁場中運動時間t的范圍
5πm
6qB
≤t＜
4πm
3qB
．
點評：考查牛頓第二定律的應(yīng)用，掌握幾何關(guān)系在題中的運用，理解在磁場中運動時間與圓心角的關(guān)系．注意本題關(guān)鍵是畫出正確的運動軌跡．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

選做題．在以下兩題中選擇一題完成．多做不加分
如圖所示，足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)從ad邊的中心O點處，垂直磁場方向射入一速度為v0的帶正電粒子，v0與ad邊的夾角為30°．已知粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，ad邊長為L，不計粒子的重力．
（1）求要使粒子能從ab邊射出磁場，v0的大小范圍．
（2）粒子在磁場中運動的最長時間是多少？在這種情況下，粒子將從什么范圍射出磁場？
19-B湯姆生用來測定電子的比荷（電子的電荷量與質(zhì)量之比）的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子（不計初速、重力和電子間的相互作用）經(jīng)加速電壓加速后，穿過A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O′點，（O′與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計．此時，在P和P′間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場．調(diào)節(jié)磁場的強弱，當(dāng)磁感應(yīng)強度的大小為B時，亮點重新回到O點．已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2（如圖所示）．
（1）求打在熒光屏O點的電子速度的大小．
（2）推導(dǎo)出電子的比荷的表達式

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖，一足夠長的固定斜面與水平方向成α=37？角，空間有垂直于斜面的無限多個勻強磁場，其磁感應(yīng)強度的大小均為B=0.5T，相鄰磁場區(qū)域的磁場方向相反．每個磁場區(qū)域的寬度均為L1=0.1m，磁場區(qū)的邊界均與斜面底邊平行．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=0.05kg、電阻為R=0.5Ω的矩形金屬框abcd沿此斜面下滑，已知ad=L1=0.1m，ab=L2=0.2m，下滑過程中，金屬框的ab邊始終與斜面底邊平行，金屬框與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2，金屬框下滑距離s=3m時速度達到最大，求：
（1）金屬框下滑的最大速度；
（2）當(dāng)金屬框下滑的加速度為a=2m/s2時，金屬框的焦耳熱功率；
（3）從開始下滑到速度達到最大的過程中金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱量．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

選做題．在以下兩題中選擇一題完成．多做不加分
如圖所示，足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)從ad邊的中心O點處，垂直磁場方向射入一速度為v0的帶正電粒子，v0與ad邊的夾角為30°．已知粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，ad邊長為L，不計粒子的重力．
（1）求要使粒子能從ab邊射出磁場，v0的大小范圍．
（2）粒子在磁場中運動的最長時間是多少？在這種情況下，粒子將從什么范圍射出磁場？
19-B湯姆生用來測定電子的比荷（電子的電荷量與質(zhì)量之比）的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子（不計初速、重力和電子間的相互作用）經(jīng)加速電壓加速后，穿過A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O′點，（O′與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計．此時，在P和P′間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場．調(diào)節(jié)磁場的強弱，當(dāng)磁感應(yīng)強度的大小為B時，亮點重新回到O點．已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2（如圖所示）．
（1）求打在熒光屏O點的電子速度的大小．
（2）推導(dǎo)出電子的比荷的表達式

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科目：高中物理 來源：2010-2011學(xué)年上海市徐匯區(qū)高三（上）期末物理試卷（解析版） 題型：解答題

如圖，一足夠長的固定斜面與水平方向成α=37？角，空間有垂直于斜面的無限多個勻強磁場，其磁感應(yīng)強度的大小均為B=0.5T，相鄰磁場區(qū)域的磁場方向相反．每個磁場區(qū)域的寬度均為L1=0.1m，磁場區(qū)的邊界均與斜面底邊平行．現(xiàn)有一質(zhì)量為m=0.05kg、電阻為R=0.5Ω的矩形金屬框abcd沿此斜面下滑，已知ad=L1=0.1m，ab=L2=0.2m，下滑過程中，金屬框的ab邊始終與斜面底邊平行，金屬框與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.2，金屬框下滑距離s=3m時速度達到最大，求：
（1）金屬框下滑的最大速度；
（2）當(dāng)金屬框下滑的加速度為a=2m/s2時，金屬框的焦耳熱功率；
（3）從開始下滑到速度達到最大的過程中金屬框中產(chǎn)生的焦耳熱量．

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科目：高中物理 來源：《第2章 磁場》2007年單元測試卷（蘇苑高級中學(xué)）（解析版） 題型：解答題

選做題．在以下兩題中選擇一題完成．多做不加分
如圖所示，足夠長的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，現(xiàn)從ad邊的中心O點處，垂直磁場方向射入一速度為v的帶正電粒子，v與ad邊的夾角為30°．已知粒子質(zhì)量為m，帶電量為q，ad邊長為L，不計粒子的重力．
（1）求要使粒子能從ab邊射出磁場，v的大小范圍．
（2）粒子在磁場中運動的最長時間是多少？在這種情況下，粒子將從什么范圍射出磁場？
19-B湯姆生用來測定電子的比荷（電子的電荷量與質(zhì)量之比）的實驗裝置如圖所示，真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子（不計初速、重力和電子間的相互作用）經(jīng)加速電壓加速后，穿過A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域．當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點處，形成了一個亮點；加上偏轉(zhuǎn)電壓U后，亮點偏離到O′點，（O′與O點的豎直間距為d，水平間距可忽略不計．此時，在P和P′間的區(qū)域，再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場．調(diào)節(jié)磁場的強弱，當(dāng)磁感應(yīng)強度的大小為B時，亮點重新回到O點．已知極板水平方向的長度為L1，極板間距為b，極板右端到熒光屏的距離為L2（如圖所示）．
（1）求打在熒光屏O點的電子速度的大�。�
（2）推導(dǎo)出電子的比荷的表達式

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