试题与答案

如图所示,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上.在xOy平面内与y轴平行的匀强

题型:问答题

题目:

如图所示,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上.在xOy平面内与y轴平行的匀强电场,在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场.在圆的左边放置一带电微粒发射装置,它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q(q>0)和初速度v的带电微粒.发射时,这束带电微粒分布在0<y<2R的区间内.已知重力加速度大小为g.

(1)从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域,并从坐标原点O沿y轴负方向离开,求电场强度和磁感应强度的大小与方向.

(2)请指出这束带电微粒与x轴相交的区域,并说明理由.

(3)在这束带电磁微粒初速度变为2V,那么它们与x轴相交的区域又在哪里?并说明理由.

答案:

本题考查带电粒子在复合场中的运动.

带电粒子平行于x轴从C点进入磁场,说明带电微粒所受重力和电场力平衡.设电场强度大小为E,由

                       mg=qE

可得                   E=

mg
q

方向沿y轴正方向.

带电微粒进入磁场后,将做圆周运动. 且

                       r=R

如图(a)所示,设磁感应强度大小为B.由

                       qvB=

mv2
R

得                      B=

mv
qR

方向垂直于纸面向外

(2)

一:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动,其圆心位于其正下方的Q点,如图b所示,这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是如图b的虚线半圆,此圆的圆心是坐标原点.

二:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动.

如图b示,

高P点与O′点的连线与y轴的夹角为θ,其圆心Q的坐标为(-Rsinθ,Rcosθ),圆周运动轨迹方程为

(x+Rsinθ)2+(y-Rcosθ)2=R2

得x=0 或 x=-Rsinθ,y=0 或y=R(1+cosθ)

可得带电微粒做圆周运动的轨迹与磁场边界的交点为

x=0
y=0
,求
x=-Rsinθ
y=R(1+cosθ)
,坐标为后者的点就是P点,须舍去,可见,这束带电微粒都是通过坐标原点离开磁场的.

(3)

带电微粒初速度大小变为2v,则从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做匀速圆周运动的半径r′为

2mv
Bq

带电微粒在磁场中经过一段半径为r′的圆弧运动后,将在y轴的右方(x>0)的区域离开磁场并做匀速直线运动,

如图c所示.

靠近圆磁场上边发射出来的带电微粒在恰好没有磁场力,则会射向x轴正方向的无穷远处,

靠近圆磁场下边发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场.

所以,这束带电微粒与x轴相交的区域范围是x>0.

答案:(1)

mv
qR
;方向垂直于纸面向外;(2)通过坐标原点离开磁场的;(3)与x同相交的区域范围是x>0.

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