（20分） 如圖所示，矩形區(qū)域Ⅰ和Ⅱ內(nèi)存在分別為方向垂直于紙面向外和向里的勻強(qiáng)磁場(AA′、BB′、CC′、DD′為磁場邊界，四者相互平行），磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，矩形區(qū)域的長度足夠長，磁場寬度及BB′、CC′之間的距離相同。某種帶正電的粒子從AA′上的O1處以大小不同的速度沿與O1A成α＝30°角進(jìn)入磁場（如圖所示，不計(jì)粒子所受重力），當(dāng)粒子的速度小于某一值時(shí)，粒子在區(qū)域Ⅰ內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為t0；當(dāng)速度為v0時(shí)，粒子在區(qū)域Ⅰ內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為。求：

⑴粒子的比荷；

⑵磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的寬度d；

⑶速度為v0的粒子從O1到DD′所用的時(shí)間。

（1）若速度小于某一值時(shí)粒子不能從BB′ 離開區(qū)域Ⅰ，只能從AA′邊離開區(qū)域Ⅰ。則無論粒子速度大小，在區(qū)域Ⅰ中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同。軌跡如圖所示（圖中只畫了一個(gè)粒子的軌跡）。

則粒子在區(qū)域Ⅰ內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心角為φ1=300o，-------3分

由Bqv= -------1分

    -------1分

φ1
 

φ2
 
得：粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周朔 T = ---------2分

  由   -------1分

  解得： -------2分

（2）速度為v0時(shí)粒子在區(qū)域I內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為，設(shè)軌跡所對圓心角為φ2。

  由        -------2分

  得： （3分）-------1分

所以其圓心在BB′上，穿出BB′ 時(shí)速度方向與BB′ 垂直，其軌跡如圖所示，設(shè)軌道半徑為R

由   得：（2分）  -------2分

  （2分）-------1分

（3）區(qū)域I、Ⅱ?qū)挾认嗤�，則粒子在區(qū)域I、Ⅱ中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為，-------1分

 穿過中間無磁場區(qū)域的時(shí)間為t′ =  -------1分

 則粒子從O1到DD′所用的時(shí)間t=  -------2分

 


練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

（2011?北京）利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用．如圖所示的矩形區(qū)域ACDG（AC邊足夠長）中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，A處有一狹縫．離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運(yùn)動(dòng)到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集．整個(gè)裝置內(nèi)部為真空．已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2（m1＞m2），電荷量均為q．加速電場的電勢差為U，離子進(jìn)入電場時(shí)的初速度可以忽略．不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用．
（1）求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率v1；
（2）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s；
（3）在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度．若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊，導(dǎo)致兩種離子無法完全分離．設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)，GA邊長為定值L，狹縫寬度為d，狹縫右邊緣在A處．離子可以從狹縫各處射入磁場，入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場．為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離，求狹縫的最大寬度．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場；在y≥0的區(qū)域內(nèi)還存在垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B．半徑為R的光滑絕緣空心半圓細(xì)管ADO固定在豎直平面內(nèi)，半圓管的一半處于電場中，圓心O1為MN的中點(diǎn)，直徑AO垂直于水平虛線MN．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球（可視為質(zhì)點(diǎn)）從半圓管的A點(diǎn)由靜止滑入管內(nèi)，從O點(diǎn)穿出后恰好通過O點(diǎn)正下方的C點(diǎn)．已知重力加速度為g，電場強(qiáng)度的大小E=
4mg3q
．求：
（1）小球到達(dá)O點(diǎn)時(shí)，半圓管對它作用力的大�。�
（2）從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過多長時(shí)間小球運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)；
（3）矩形區(qū)域MNPQ的高度H和寬度L應(yīng)滿足的條件；
（4）從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，經(jīng)過多長時(shí)間小球的動(dòng)能最��？

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用．
如圖所示的矩形區(qū)域ACDG（AC邊足夠長）中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，A處有一狹縫．離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運(yùn)動(dòng)到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集．整個(gè)裝置內(nèi)部為真空．
已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2（m1＞m2），電荷量均為q．加速電場的電勢差為U，離子進(jìn)入電場時(shí)的初速度可以忽略．不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用．
（1）求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率v1；
（2）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示：矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場，虛線框外為真空區(qū)域；半徑為R、內(nèi)壁光滑、內(nèi)徑很小的絕緣半圓管ADB固定在豎直平面內(nèi)，直徑AB垂直于水平虛線MN，圓心O為MN的中點(diǎn)，半圓管的一半處于電場中．一帶正電的小球從半圓管的A點(diǎn)由靜止開始滑入管內(nèi)，小球可視為質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)量為m，電量為q，當(dāng)小球達(dá)到B點(diǎn)時(shí)，對管壁的壓力為FN=3mg，重力加速度為g，求：
（1）勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E；
（2）若小球能從矩形框的右邊界NP離開電場，矩形區(qū)域MNPQ的最小面積S．精英家教網(wǎng)

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，矩形區(qū)域?qū)挾葹閘，其內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場．一帶電粒子以初速度v0垂直左邊界射入，飛出磁場時(shí)偏離原方向30°．若撤去原來的磁場，在此區(qū)域內(nèi)加一個(gè)電場強(qiáng)度為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場（圖中未畫出），帶電粒子仍以原來的初速度入射．不計(jì)粒子的重力，求：
（1）帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑；
（2）帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；
（3）帶電粒子飛出電場后的偏轉(zhuǎn)角．

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