高中 | 带电粒子在组合场中的运动问题 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

带电粒子在组合场中的运动问题

如图,真空中两个足够大的平行金属板$M$$N$水平固定,间距为$d$$M$板接地。$M$板上方整个区域存在垂直纸面向里的匀强磁场。$M$$O$点处正上方$P$点有一粒子源,可沿纸面内任意方向发射比荷、速度大小均相同的同种带电粒子。当发射方向与$OP$的夹角$\theta=60^\circ $时,粒子恰好垂直穿过$M$$Q$点处的小孔。已知$OQ=3L$,初始时两板均不带电,粒子碰到金属板后立即被吸收,电荷在金属板上均匀分布,金属板电量可视为连续变化,不计金属板厚度、粒子重力及粒子间的相互作用,忽略边缘效应。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

粒子一定带正电

","

若间距$d$增大,则板间所形成的最大电场强度减小

","

粒子打到$M$板上表面的位置与$O$点的最大距离为$7L$

","

粒子打到$M$板下表面的位置与$Q$点的最小距离为$\\sqrt{3}d$

"]
[["BD"]]

$\rm A$.根据粒子在磁场中的偏转方向,根据左手定则可知粒子带负电,选项$\rm A$错误;

$\rm B$.随着粒子不断打到$\rm N$极板上,$\rm N$极板带电量不断增加,向下的电场强度增加,粒子做减速运动,当粒子恰能到达$\rm N$极板时满足$v^{2}=2ad$$a=\dfrac{qE}{m}$

解得$E=\dfrac{mv^{2}}{2qd}$

$d$越大,板间所形成的最大电场强度越小,选项$\rm B$正确;

$\rm C$.因粒子发射方向与$OP$夹角为$60^\circ$时恰能垂直穿过$M$$Q$点的小孔,则由几何关系$\cos 60^\circ=\dfrac{3L-r}{r}$

解得$r=2L$

可得$OP=r\sin 60^\circ=\sqrt{3}L$

可得粒子打到$M$板上表面的位置与$O$点的最大距离为$x_{\rm m}=\sqrt{{(2r)}^{2}-{(OP)}^{2}}=\sqrt{13}L$

选项$\rm C$错误;

$\rm D$.因金属板厚度不计,当粒子在磁场中运动轨迹的弦长仍为$PQ$长度时,粒子仍可从$Q$点进入两板之间,由几何关系可知此时粒子从$P$点沿正上方运动,进入两板间时的速度方向与$M$板夹角为$\alpha=30^\circ$,则在两板间运动时间$t=\dfrac{2v\sin\alpha}{a}$

其中$a=\dfrac{v^{2}}{2d}$

打到$M$板下表面距离$Q$点的最小距离$s=v\cos \alpha t$

解得$s=2d\sin 2\alpha=\sqrt{3}d$

选项$\rm D$正确。

故选:$\rm BD$

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如图。直流电源的电动势为,内阻为,滑动变阻器的最大阻值为,平行板电容器两极板水平放置,板间距离为,板长为,平行板电容器的右侧存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。闭合开关,当滑片处于滑动变阻器中点时,质量为的带正电粒子以初速度水平向右从电容器左侧中点进入电容器,恰好从电容器下极板右侧边缘点进入磁场,随后又从电容器上极板右侧边缘点进入电容器,忽略粒子重力和空气阻力。 如图甲所示的平面内,轴右侧被直线分为两个相邻的区域、。区域内充满匀强电场,区域Ⅱ内充满垂直平面的匀强磁场,电场和磁场的大小、方向均未知。时刻,质量为、电荷量为的粒子从点沿轴正向出发,在平面内运动,在区域中的运动轨迹是以轴为对称轴的抛物线的一部分,如图甲所示。时刻粒子第一次到达两区域分界面,在区域Ⅱ中运动的图像为正弦曲线的一部分,如图乙所示。不计粒子重力。下列说法正确的是 如图所示,区有垂直于纸面向里的匀强磁场,其边界为正方形;Ⅱ区有垂直于纸面向外的匀强磁场,其外边界为圆形,内边界与区边界重合;正方形与圆形中心同为点。区和Ⅱ区的磁感应强度大小比值为。一带正电的粒子从Ⅱ区外边界上点沿正方形某一条边的中垂线方向进入磁场,一段时间后从点离开。取。则带电粒子 磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如图所示,区域存在垂直平面向里的匀强磁场,其磁感应强度大小为(未知)。第一象限内存在边长为的正方形磁屏蔽区,经磁屏蔽后,该区域内的匀强磁场方向仍垂直平面向里,其磁感应强度大小为(未知),但满足。某质量为、电荷量为的带电粒子通过速度选择器后,在平面内垂直轴射入区域,经磁场偏转后刚好从中点垂直射入磁屏蔽区域。速度选择器两极板间电压、间距、内部磁感应强度大小已知,不考虑该粒子的重力。 如图,水平虚线上方区域有垂直于纸面向外的匀强磁场,下方区域有竖直向上的匀强电场。质量为、带电量为()的粒子从磁场中的点以速度向右水平发射,当粒子进入电场时其速度沿右下方向并与水平虚线的夹角为,然后粒子又射出电场重新进入磁场并通过右侧点,通过点时其速度方向水平向右。、距水平虚线的距离均为,两点之间的距离为。不计重力。 如图所示,在直角坐标系xOy中,第一象限有竖直向上的匀强电场,第二、四象限有垂直纸面向里的匀强磁场。已知质量为m、电荷量为-q的粒子从x轴上的M点以速度v沿y轴正方向进入第二象限,经y轴上N点沿x轴正方向射入第一象限,再从x轴上P点进入第四象限,经y轴上的Q点(图中未画出)射出磁场。已知第二、四象限匀强磁场的磁感应强度大小均为(d为已知量),粒子在P点的速度与x轴正方向成45°角,不计粒子的重力。求:
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