如图所示,直角坐标系xoy所决定的平面内,在平行于x轴的虚线MN上方、x<0的区域存在着沿x轴正方向的匀强电场;在x>0的某区域存在方向垂直于坐标平面的圆形有界匀强磁场(图中未

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 向心力/2022-09-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,直角坐标系xoy所决定的平面内,在平行于x轴的虚线MN上方、x<0的区域存在着沿x轴正方向的匀强电场;在x>0的某区域存在方向垂直于坐标平面的圆形有界匀强磁场(图中未画出).现有一比荷k=
q
m
=102C/kg的带正电粒子从虚线MN上的P处,以大小υ0=20m/s、方向平行于y轴的初速度射入电场,并恰好从原点O处射出,射出时的速度大小υ=40m/s,此后粒子先做匀速运动,然后进入圆形有界磁场,粒子从磁场中射出时,出射点为Q且射出时的速度方向沿y轴负方向.已知磁场的磁感应强度B=1.2T,不计粒子的重力,忽略粒子运动对电场、磁场的影响.求:
(1)粒子从O点射出时速度υ与y轴间的夹角θ.
(2)P、O两点间的电势差U.
(3)Q点的横坐标x.
(4)圆形有界匀强磁场的最小面积S.
魔方格

◎ 答案

(1)带电粒子在匀强电场中y轴方向上做匀速直线运动,x轴方向上做匀加速直线运动,将O点的速度分解,有:
cosθ=
v0
v
=
1
2

解得θ=60°.
(2)根据动能定理得,qU=
1
2
mv2-
1
2
mv02

因为比荷k=
q
m
=102C/kg
代入数据解得:U=6V.
(3)根据qvB=m
v2
R

带电粒子在匀强磁场中的轨道半径:R=
mv
qB
=
40
1.2
×
1
100
=
1
3
m

根据几何关系得:x=R+
R
sin30°
=3R=1m.
(4)以粒子在匀强磁场中运动的轨迹的初末两点连线为圆的直径,该圆的面积为匀强磁场的最小面积.
该圆的半径r=Rsin60°=

3
2
×
1
3
=

3
6
m

则S=π
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