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158485. (2024•华清中学•高二上一月) 如图所示,直角坐标系中,y轴左侧有一半径为a的圆形匀强磁场区域,与y轴相切于A点,A点坐标为。第一象限内也存在着匀强磁场,两区域磁场的磁感应强度大小均为B,方向垂直纸面向外。圆形磁场区域下方有两长度均为2a的金属极板M、N,两极板与x轴平行放置且右端与y轴齐平。现仅考虑纸面平面内,在极板M的上表面均匀分布着相同的带电粒子,每个粒子的质量为m,电量为+q。两极板加电压后,在板间产生的匀强电场使这些粒子从静止开始加速,并顺利从网状极板N穿出,然后经过圆形磁场都从A点进入第一象限。其中部分粒子打在放置于x轴的感光板CD上,感光板的长度为2.8a,厚度不计,其左端C点坐标为。打到感光板上的粒子立即被吸收,从第一象限磁场射出的粒子不再重新回到磁场中。不计粒子的重力和相互作用,忽略粒子与感光板碰撞的时间。
(1)求两极板间的电压U;
(2)在感光板上某区域内的同一位置会先后两次接收到粒子,该区域称为“二度感光区”,求:
①“二度感光区”的长度L;
②打在“二度感光区”的粒子数n1与打在整个感光板上的粒子数n2的比值n1:n2
(3)改变感光板材料,让它仅对垂直打来的粒子有反弹作用(不考虑打在感光板边缘C、D两点的粒子),且每次反弹后速度方向相反,大小变为原来的一半,则该粒子在磁场中运动的总时间t和总路程s。
共享时间:2024-10-17 难度:4
[考点]
牛顿第二定律与向心力结合解决问题,从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题,带电粒子在匀强磁场中的圆周运动,带电粒子由磁场进入电场中的运动,
[答案]
(1)两极板间的电压U为
(2)①“二度感光区”的长度L为
②打在“二度感光区”的粒子数n1与打在整个感光板上的粒子数n2的比值n1:n2为1:3;
(3)该粒子在磁场中运动的总时间t为和总路程s为
[解析]
解:(1)带电粒子在圆形匀强磁场区域中做匀速圆周运动,所有粒子平行射入此磁场均从A点射出(磁聚焦模型),可知粒子做圆周运动的轨道半径等于圆形匀强磁场区域的半径,即:r=a。
由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得:

在匀强电场中被加速的过程,由动能定理得:

联立解得:U=
(2)①在A点进入第一象限的粒子的速度方向与y轴正方向的夹角在0~180°范围内,沿y轴正方向射入的粒子打在感光板上的P点,随着速度与y轴夹角的增大,轨迹与感光板的交点先向右移动,离O点最远的交点为Q点(满足AQ=2r=2a),再向左移动一直到C点,之后就打不到感光板上了。可知PQ为“二度感光区”,由几何关系得,当粒子打在P点时轨迹圆的圆心恰好为C点,则:
CP=r=a
当粒子打在Q点时,AQ=2r=2a,由勾股定理得:
OQ=
则:L=OQ﹣OC﹣CP
代入数据解得:L=
②由图中几何关系可知,打在C点的粒子轨迹圆的圆心为恰好在圆形磁场边界上的H点,对应进入圆形磁场的位置在F点,F到C恰好为半个圆周;打在P点的粒子轨迹一个是从H点入射,H到P也恰好为半个圆周,另一个是临界直接从A点入射。可得打在CP段的粒子对应入射区域在FH之间,打在PQ,即“二度感光区”的粒子对应入射区域在HO之间,由几何关系得:
HO=,FH=a
可得打在“二度感光区”的粒子数n1与打在整个感光板上的粒子数n2的比值为:
n1:n2=HO:FO=:(a+)=1:3
(3)粒子在磁场中运动的半径R=,可知其它条件一定,R与v成正比,粒子每次反弹后速度大小变为原来的一半,故半径也变为原来的一半。
在图1中可知,第一次打在P点的粒子速度方向垂直感光板,此粒子能够在P第一次被反弹,CP=a,即第一次打在距离C点a处,反弹后粒子运动半径为,第二次打在距离C点2a处,再次反弹后粒子运动半径为,第三次落在离C点2.5a处,第四次落在离C点2.75a处,第五次落在离C点2.875a处,超出感光板边缘离开第一象限,该粒子在磁场中一共运动了5个圆周。
粒子在磁场中运动周期为:T=
该粒子在磁场中一共运动的总时间为:
t=
该粒子从H到P的路程为:s1=πa
从第一次反弹到第二次反弹的路程为:s2=π
从第二次反弹到第三次反弹的路程为:s3=π
从第三次反弹到第四次反弹的路程为:s4=π
从第四次反弹到离开磁场的路程为:s5=π
该粒子在磁场中运动的总路程为:
s=s1+s2+s3+s4+s5
联立解得:s=.
答:(1)两极板间的电压U为
(2)①“二度感光区”的长度L为
②打在“二度感光区”的粒子数n1与打在整个感光板上的粒子数n2的比值n1:n2为1:3;
(3)该粒子在磁场中运动的总时间t为和总路程s为

[点评]
本题考查了"牛顿第二定律与向心力结合解决问题,从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题,带电粒子在匀强磁场中的圆周运动,带电粒子由磁场进入电场中的运动,",属于"综合题",熟悉题型是解题的关键。
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161645. (2023•高新一中•高二上期末) 德优题库如图所示,直角坐标系中的第Ⅰ象限中存在沿y轴负方向的匀强电场,在第Ⅱ象限中存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子,在x轴上的a点以速度v0与x轴负方向成45°角射入磁场,从y=L处的b点沿垂直于y轴方向进入电场,并经过x轴上x=2L处的c点。不计粒子重力。求:
(1)磁感应强度B的大小;
(2)电场强度E的大小;
(3)带电粒子在磁场和电场中的运动时间之比。
共享时间:2023-02-21 难度:3 相似度:1.75
206425. (2025•西安中学•二模) 如图,有一平行于y轴长为R的线状粒子发射器,其中心位于﹣x轴某处,可平行x轴方向发射出速度均相同的同种粒子。其右侧有一沿x轴正向的匀强电场,场强为E,宽为L。有一圆心在O1(R,0)半径为R的圆形匀强磁场Ⅰ,其磁感应强度为B,方向垂直纸面向外。在第四象限y=﹣1.5R下方有垂直向里的匀强磁场Ⅱ,其磁感应强度为。粒子的电荷量为+q,质量为m。已知从O点射入圆形磁场的粒子,刚好从圆形磁场最下端A点沿﹣y方向射出,忽略粒子的重力和粒子间的相互作用力。

(1)求粒子的初速度v0
(2)求同时发射出的粒子离开磁场Ⅱ的最大时间间隔;
(3)若磁场Ⅱ的上边界可以上下调节,且不与磁场Ⅰ重叠,求粒子射出磁场Ⅱ上边界范围的最小值。

 
共享时间:2025-03-27 难度:3 相似度:1.75
161352. (2023•西安中学•高三上期末) 在芯片制造过程中,离子注入是芯片制造重要的工序。图a是我国自主研发的离子注入机,图b是简化的注入过程原理图。静止于A处的离子,经电压为U的电场加速后,沿图中半径为R的圆弧虚线通过磁分析器,然后从M点垂直CD进入矩形CDQS有界匀强电场中,最后恰好打在Q点,已知磁分析器截面是四分之一圆环,内部为匀强磁场,方向垂直纸面向里;矩形区域内匀强电场水平向左,DQ=d,MD=2d。整个装置处于真空中,离子的质量为m、电荷量为q,离子重力不计。求:
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(1)离子进入匀强电场区域M点时的速度大小v及磁分析器通道内磁感应强度大小B;
(2)矩形区域内匀强电场场强大小E。
共享时间:2023-02-27 难度:3 相似度:1.75
163106. (2022•长安区一中•高二下期中) 为了探测带电粒子,研究人员设计了如图甲所示的装置。纸面内存在一个半径为R、圆心为O′的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,该磁场区域在垂直纸面的方向上足够长。以O′右边的O点为坐标原点建立一平面直角坐标系xOy,O和O′两点间距离为2R。y轴与OO′连线垂直,x轴(图甲中未画出)正方向垂直纸面向里,在xOy平面内存在一个足够大的探测屏。圆形磁场区域正下方存在一个长度为R且与y轴垂直的粒子源MN,该粒子源各处均能持续不断地发射质量为m、电荷量为+q的粒子,粒子发射时的速度大小均为v0,方向均沿y轴正方向,从粒子源MN中点发射的粒子速度方向恰好指向O′,已知粒子在圆形磁场中做圆周运动的半径为R,不计粒子重力和粒子间相互作用力。
(1)求圆形匀强磁场区域的磁感应强度大小B;
(2)求从粒子源右端点N发射的粒子从进入磁场到打到屏上所经历的时间t;
(3)若在圆形区域内再加上一个沿x轴正方向、场强为E=且足够长的匀强电场,此时从粒子源中点及左右端点M、N发射的粒子打在屏上P1、P2、P3三点上,如图乙所示;
①请指出从M点发射的粒子打在屏上哪一点;(不要求写推导过程)
②求打在屏上的所有粒子中与O点相距最远的粒子在屏上的坐标。
共享时间:2022-05-14 难度:4 相似度:1.5
182609. (2020•长安区一中•高二上期末) 德优题库如图所示,X轴上方有匀强磁场B,下方有匀强电场E.电量为q、质量为m、重力不计的粒子位于y轴上。X轴上有一点N(L,0),要使粒子在y轴上由静止释放而能到达N点,问:
(1)粒子应带何种电荷?
(2)释放点M应满足什么条件?
(3)粒子从M点运动到N点经历多长的时间?
共享时间:2020-02-04 难度:4 相似度:1.5
182836. (2019•长安区一中•高二上期末) 如图甲所示,在坐标系xOy中,y轴左侧有沿x轴正方向的匀强电场,场强大小为E;y轴右侧有如图乙所示,大小和方向周期性变化的匀强磁场,磁感应强度大小B0已知,磁场方向垂直纸面向里为正。t=0时刻,从x轴上的P点无初速度释放一带正电的粒子,质量为m,电荷量为q,粒子重力不计。粒子第一次在电场中运动时间与第一次在磁场中运动的时间相等。求:
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(1)粒子第一次经过O点的速度;
(2)粒子第一次进入磁场与第二次进入磁场的半径之比。
共享时间:2019-03-02 难度:4 相似度:1.5
182551. (2020•西安中学•高三上期末) 德优题库如图所示,在坐标系Oxy的第一象限中存在沿y轴正方向的匀强电场,场强大小为E.在其他象限中存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。A是y轴上的一点,它到坐标原点O的距离为h;C是x轴上的一点,到O的距离为l。一质量为m、电荷量为q的带负电的粒子以某一初速度沿x轴方向从A点进入电场区域,继而通过C点进入磁场区域,并再次通过A点,此时速度与y轴正方向成锐角。不计重力作用。试求:
(1)粒子经过C点时速度的大小和方向(用tanθ表示即可);
(2)磁感应强度的大小B。
共享时间:2020-02-09 难度:4 相似度:1.5
183321. (2017•西安中学•高二上期末) 德优题库如图,在X轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,在X轴下方有沿Y轴负向的匀强电场,电场强度为E.现在Y轴负半轴上M点(未画出)有一质量为m带电量绝对值为q的粒子,由静止释放,经过一段时间的运动后在第四次经过X轴时的位置P点(未画出)到O点的距离为L,不计粒子的重力,求:
(1)该粒子带何种电荷?
(2)M点到O点的距离?
(3)从M点到P点经历的时间?
共享时间:2017-02-21 难度:2 相似度:1.5
159870. (2021•长安区一中•高二上二月) 德优题库在光滑绝缘水平桌面上建立直角坐标系xoy,y轴左侧有沿y轴正方向的匀强电场E,y轴右侧有垂直水平桌面向上的匀强磁场B,在(-12,0)处有一个带正电的小球A以速度v0=2.4m/s沿x轴正方向进入电场,运动一段时间后,从(0,8)处进入y轴右侧的磁场中,并且正好垂直于x轴进入第4象限,已知A球的质量为m=0.1kg,带电量为q=2.0C,求:
(1)电场强度E的大小;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)如果在第4象限内静止放置一个不带电的小球C,使小球A运动到第4象限内与C球发生碰撞,碰后A、C粘在一起运动,则小球C放在何位置时,小球A在第4象限内运动的时间最长(小球可以看成是质点,不考虑碰撞过程中的电量损失)。
共享时间:2021-12-12 难度:4 相似度:1.5
159736. (2021•西安中学•高三上四月) 在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序,如图甲所示是离子注入工作原理的示意图,静止于A处的离子,经电压为U的加速电场加速后,沿图中圆弧虚线通过半径为R0圆弧形静电分析器(静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场)后,从P点沿竖直方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域,该圆形磁场区域的直径PQ与竖直方向成45°,经磁场偏转,最后打在竖直放置的硅片上,离子的质量为m、电荷量为q,不计离子重力。求:

(1)离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小v;
(2)静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E0
(3)若磁场方向垂直纸面向外,离子从磁场边缘上某点出磁场时,速度方向与直径PQ垂直,求圆形区域内匀强磁场的磁感应强度B0的大小;
(4)若在该圆形区域内加如图乙所示交变的磁场(图中B1大小未知、方向垂直纸面,且以垂直于纸面向外为正方向),当离子从t=0时进入圆形磁场区域时,最后从Q点飞出,水平向右垂直打在硅片上,请写出磁场变化周期T满足的关系表达式。
共享时间:2021-02-20 难度:4 相似度:1.5
183080. (2018•西工大附中•高二上期末) 德优题库如图所示,水平放置的两块长直平行金属板a、b相距d=0.10m,a、b间的电场强度为E=5.0×105N/Cb板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B=6.0T,方向垂直纸面向里的匀强磁场,今有一定质量为m=4.8×10-25kg,电荷量为q=1.6×10-18C的带正电的粒子(不计重力),从贴近a板的左端以v0=1.0×106m/s的初速度水平射入匀强电场,刚好从狭缝P穿过b板而垂直进入匀强磁场,最后粒子回到b板的Q(图中未标出),求P、Q之间的距离L。
共享时间:2018-03-02 难度:5 相似度:1.35
182518. (2020•西安中学•高一下期中) 如图所示,真空室中电极K发出的电子(初速度不计)经过电势差为U1的加速电场加速后,沿两水平金属板C、D间的中心线射入两板间的偏转电场,电子离开偏转电极时速度方向与水平方向成45°,最后打在荧光屏上,已知电子的质量为m、电荷量为e,C、D极板长为l,D板的电势比C板的电势高,极板间距离为d,荧光屏距C、D右端的距离为.电子重力不计.求:
(1)电子通过偏转电场的时间t0
(2)偏转电极C、D间的电压U2
(3)电子到达荧光屏离O点的距离Y.

共享时间:2020-05-28 难度:1 相似度:1.25
183178. (2017•西安中学•高二上期末) 如图所示,在半径为R=的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B,圆形区域右侧有一竖直感光板,从圆弧顶点P以速率v0的带正电粒子平行于纸面进入磁场,已知粒子的质量为m,电量为q,粒子重力不计.
(1)若粒子对准圆心射入,求它在磁场中运动的时间;
(2)若粒子对准圆心射入,且速率为v0,求它打到感光板上时速度的垂直分量;
(3)若粒子以速度v0从P点以任意角入射,试证明它离开磁场后均垂直打在感光板上.
共享时间:2017-02-21 难度:1 相似度:1.25
183060. (2018•长安区一中•高二上期末) 如图所示,水平放置的平行板电容器,两板间距为d=8cm,板长为L=25cm,接在直流电源上,有一带电液滴以υ0=0.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入,恰好做匀速直线运动,当它运动到P处时迅速将下板向上提起cm,液滴刚好从金属板末端飞出,
求:(1)将下板向上提起后,液滴的加速度大小和方向;
(2)液滴从射入运动到P点所用时间.(g取10m/s2
共享时间:2018-02-25 难度:1 相似度:1.25
183209. (2017•西安中学•高一下期末) 一电荷量为q,质量为m的正电荷从静止出发被1000V的电压加速,然后进入另一个电场强度为500N/C的匀强偏转电场,进入时的速度方向与偏转电场的方向垂直.已知偏转电极长6cm,正电荷最终从偏转电场顺利射出.求该正电荷在偏转电场中沿电场线方向运动的距离(正电荷的重力忽略不计).
共享时间:2017-07-16 难度:1 相似度:1.25

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2024-10-17

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