带电粒子运动练习题

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1、1、如图磁感应强度为B。一质量为 m、电荷量为q的带正电的粒子,从 y轴正半轴上y=h处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x=2h处的P点进入磁场,最后射出磁场后经过y轴时的速度方向恰好垂直于y轴。不计粒子重力。求:(1)电场强度大小E; (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t。23 (18 分)坐标原点 O 处有一点状的放射源,它向 xoy 平面内的 x 轴上方各个方向发射 粒子,粒子的速度大小都是 ,在 00) ,在区域 I(0xd)和区域 II(2dx3d )内分别存在匀强磁场,磁感应强度大小相等,方向都垂直于 Oxy 平面指向外,其

2、它区域内无磁场分布。质量为 m、带电荷量 q(q0 )的粒子从 y 轴上的 P 点射入区域 I,其速度大小为 v0,方向沿 x 轴正向。已知粒子到达区域的右边界时恰好同时经过 x 轴,且速度方向与 x 轴方向垂直。不计粒子的重力,求:(1)匀强磁场的磁感应强度大小;(2)粒子从射入区域 I 到离开区域经历的总时间?23(18 分) 如图所示,在直角坐标系 xoy 的第一、四象限区域内存在两个有界的匀强磁场:垂直纸面向外的匀强磁场 I、垂直纸面向里的匀强磁场 ,O、M 、P 、Q 为磁场边界和 x 轴的交点,OM=MP=L。在第三象限存在沿 y 轴正向的匀强电场。一质量为 m 带电量为+q 的带

3、电粒子从电场中坐标为(-2L,-L)的点以速度 v0 沿+x 方向射出,恰好经过原点O 处射入区域 I 又从 M 点射出区域 I。( 粒子的重力忽略不计)(1)求第三象限匀强电场场强 E 的大小。(2)求区域 I 内匀强磁场磁感应强度 B 的大小。(3)如带电粒子能再次回到原点 O,区域内磁场的宽度至少为多少?(4)上述运动中粒子两次经过原点 O 的时间间隔为多少?23 (18 分)如图所示,质量为 m 带电量为+ q 的带电粒子(不计重力) ,从左极板处由静止开始经电压为 U 的加速电场加速后,经小孔 O1 进入宽为 L 的场区,再经宽为 L 的无场区打到荧光12屏上。O 2 是荧光屏的中心

4、,连线 O1O2 与荧光屏垂直。第一次在宽为 L 整个区域加入电场强度大小为 E、方向垂直 O1O2 竖直向下的匀强电场;第二次在宽为 L 区域加入宽度均为 L 的匀强12磁场,磁感应强度大小相同、方向垂直纸面且相反。两种情况下带电粒子打到荧光屏的同一点。求:(1)带电粒子刚出小孔 O1 时的速度大小;(2)加匀强电场时,带电粒子打到荧光屏上的点到 O2 的距离 d;(3)左右两部分磁场的方向和磁感应强度 B 的大小。25(19 分)如图所示,在矩形 ABCD 内,对角线 BD 以上的区域存在平行于 AD 向下的勻强 电场,对角线 BD 以下的区域存在垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),其中

5、AD 边长 为L, AB 边长为 L,一个质量为 m、电荷量为+q 的带电粒子(不计重力)以初速度 v。从 A3点沿 AB 方向进 入电场,经对角线 BD 某处垂直 BD 进入磁场。求:(1)该粒子进人磁场时速度的大小;(2)电场强度的大小;(3)要使该粒子能从磁场返回电场,磁感应强度应满足 什么条件?2、如图所示,在直角坐标系 x 轴上方有与 x 轴成 45角的匀强电场,场强大小 E=103Vm ,在 x 轴下方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度 B=1T。现从 y 轴上距坐标原点 L=10cm 处由静止释放一比荷为104 C/kg 的带正电的微粒 A,不计微粒的重力。求:1)微粒进入磁场

6、后在磁场中运动的轨道半径;2)从释放微粒到微粒第一次从磁场返回电场所用时间;3)若在 A 第一次返回电场的同时,在电场中适当的位置由静止释放另一与 A 完全相同的带电微粒B,可使两微粒在进入磁场前相遇。求出所有满足条件的释放点的轨迹方程(不计两微粒之间的库仑力) 。25 (18 分)在如图所示的空间坐标系中,y 轴的左边有一匀强电场,场强大小为 E,场强方向跟y 轴负向成 30,y 的右边有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B现有一质子,以一定的初速度 v0,在 x 轴上坐标为 x0=10cm 处的 A 点,第一次沿 x 轴正方向射入磁场,第二次沿 x 轴负方向射入磁场,回旋后都垂直于电

7、场方向射入电场,最后又进入磁场。求:(1)质子在匀强磁场中的轨迹半径 R;(2)质子两次在磁场中运动时间之比(3)若第一次射入磁场的质子经电场偏转后,恰好从第二次射入磁场的质子进入电场的位置再次进入磁场,试求初速度 v0 和电场强度 E、磁感应强度 B 之间需要满足的条件。25 (19 分)如图所示,在直角坐标系 x 轴上方有与 x 轴成 45角的匀强电场,场强大小E=103Vm,在 x 轴下方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度 B=1T。现从 y 轴上距坐标原点 L=10cm 处由静止释放一比荷为 104 C/kg 的带正电的微粒 A,不计微粒的重力。求: (1)微粒进入磁场后在磁场中运动

8、的轨道半径;(2)从释放微粒到微粒第一次从磁场返回电场所用时间;(3)若在 A 第一次返回电场的同时,在电场中适当的位置由静止释放另一与 A 完全相同的带电微粒 B,可使两微粒在进入磁场前相遇。求出所有满足条件的释放点的轨迹方程(不计两微粒之间的库仑力) 。25 (19 分)如图所示,在地面附近,坐标系 xoy 在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B,在 x0 的区域内还有沿 X 轴负向的匀强电场,场强大小为 E。一个带正电油滴经图中 x 轴上的 M 点,沿着与水平方向成 30 0 角斜向下做直线运动,进入 x0的区域。要使油滴进入 x0 的区域后能在竖直平面

9、内做匀速圆周运动。需在 x0 的区域内加一个匀强电场,若带电油滴做圆周运动通过 x 轴上的 N点,且 MONO。求:油滴的运动速度的大小?在 x0 的区域内所加的电场强度的大小和方向?油滴从 x 轴上的 M 点到达 x 轴上的 N 点所用的时间?25 (18 分)如图所示,圆心为原点、半径为 的圆将 平面分为两个区域,即圆内区域和圆RxOy外区域。区域内有方向垂直于 平面的匀强磁场 B1。平行于 x 轴的荧光屏垂直于 平xy xOy面,放置在坐标 y= 的位置。一束质量为 m、电荷量为 q、2.动能为 E0 的带正电粒子从坐标为( ,0)的 点沿 x 轴正方A向射入区域,当区域内无磁场时,粒子

10、全部打在荧光屏上坐标为( , )的 点,且此时,若将荧光屏沿 轴负方向.RMy平移,粒子打在荧光屏上的位置不变。若在区域内加上方向垂直于 平面的匀强磁场 B2,上述粒子仍从 A 点沿 x 轴正方向射xOy入区域,则粒子全部打在荧光屏上坐标为( , )的0.4R2.N 点。求(1)打在 点和 N 点的粒子运动速度 v1、v 2 的大小。M(2)在区域和中磁感应强度 B1、B 2 的大小和方向。(3)若将区域中的磁场撤去,换成平行于 x 轴的匀强电场,仍从 A 点沿 x 轴正方向射入区域的粒子恰好也打在荧光屏上的 N 点,则电场的场强为多大?25 (改编,18 分)如图所示,在坐标原点 O 处,能

11、向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带正电粒子。在 O 点右侧有一半径为 R 的圆形薄板,薄板中心 O 位于 x 轴上,且与x 轴垂直放置,薄板的两端 M、 N 与原点 O 正好构成等腰直角三角形。已知带电粒子的质量为m,带电量为 q,速率为 v,重力不计。(1)要使 y 轴右侧所有运动的粒子都能打到薄板 MN 上,可在 y 轴右侧加一平行于 x 轴的匀强电场,则场强的最小值 E0 为多大?在电场强度为 E0 时,打到板上的粒子动能为多大?(2)要使薄板右侧的 MN 连线上都有粒子打到,可在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,则磁场的磁感应强度不能超过多少(用 m、 v、 q、

12、R 表示)? 若满足此条件,从 O 点发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边?25 ( 19 分) 如图所示,质量为 m=8.010-25kg,电荷量为 q=1.610-15C 的带正电粒子从坐标原点 O 处沿 xOy 平面射入第一象限内,且与 x 方向夹角大于等于 300 的范围内,粒子射入时的速度方向不同,但大小均为 v0=2.0107m/s.现在某一区域内加一方向向里且垂直于 xOy 平面的匀强磁场,磁感应强度大小为 B=0.1T,若这些粒子穿过磁场后都能射到与 y 轴平行的荧光屏MN 上,并且当把荧光屏 MN 向左移动时,屏上光斑长度和位置保持不变。求:(1) 粒子从 y 轴穿

13、过的范围;(2) 荧光屏上光斑的长度;(3) 从最高点和最低点打到荧光屏 MN 上的粒子运动的时间差。(4)画出所加磁场的最小范围(用斜线表示)25 (19 分)如图所示,在直角坐标系 xOy 的原点 O 处有一放射源 S,放射源 S 在 xOy 平面内均匀发射速度大小相等的带正电的粒子,位于 y 轴的右侧有一垂直于 z 轴、长度为 L 的很薄的荧光屏 MN,荧光屏正反面两侧均涂有荧光粉,MN 与 x 轴交于点 O已知三角形 MNO 为正三角形,放射源 S 射出的粒子质量为 m,电荷量为 q,速度大小为 v,不计粒子的重力(1)若只在 y 轴右侧加一平行于 x 轴正方向的匀强电场,要使 y 轴

14、右侧射出的所有粒子都能打到荧光屏 MN 上,试求电场强度的最小值 Emin 及打到荧光屏 M 点时粒子的动能(2)若在 xOy 平面内只加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使粒子能打到荧光屏 MN 的反面 O点上,试求磁场的磁感应强度的最大值 Bmax(3)若在 xOy 平面内只加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度与(2)中所求 Bmax 相同,试求粒子打到荧光屏 MN 正面 O点所需的时间 t1 和打在荧光屏 MN 反面 O点所需的时间 t2 之比25 (19 分)如图所示,半圆有界匀强磁场的圆心 O1 在 X 轴上,OO 1 距离等于半圆磁场的半径,磁感应强度大小为 B1。虚线 MN,

15、平行 X 轴且与半圆相切于 P 点。在 MN 上方是正交的匀强电场和匀强磁场,电场场强大小为 E,方向沿 X 轴负向,磁场磁感应强度大小为 B2。B 1,B 2 方向均垂直纸面,方向如图所示。有一群相同的正粒子,以相同的速率沿不同方向从原点 O 射入第 I 象限,其中沿 x 轴正方向进入磁场的粒子经过 P 点射入 MN 后,恰好在正交的电磁场中做直线运动,粒子质量为 m,电荷量为 q (粒子重力不计)。求:(1) 粒子初速度大小和有界半圆磁场的半径。(2) 若撤去磁场 B2,则经过 P 点射入电场的粒子从 y 轴出电场时的坐标。(3)试讨论题中所有从原点 O 进入第 I 象限的粒子都能在正交的

16、电磁场中的轨迹特点。25 (17 分)如图所示,在直角坐标系 xoy 平面内有沿 x 轴正方向的水平匀强电场,场强为 E在正方形ABCD(O 为正方形的中心)与 O 为圆心半径为 2L 的圆形之间的区域加垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B在 y 轴上有一挡板 PQ,挡板长为 L,挡板的放置关于 x 轴对称。A 为一个质子源, OA=L,可以向 y 轴负方向发射出速度从零开始的一系列质子,已知质子的质量为 m,电量为 q,质子的重力忽略不计求:(1)若平面内只有电场,没有磁场,进度 V 满足什么条件的质子能够打在 PQ 板上;(2)若平面内只有磁场,没有电场,求速度满足什么条件的粒子运动中能够经过 C 点?(3)若平面内只有磁场,没有电场,求粒子第一次回到 A 点的时间满足什么关系?26 (20 分)如图所示,两个同心圆是磁场的理想边界,内圆半径为 R,外圆半径为

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