如图所示的平行板之间,存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B1=0.20T,方向垂直纸面向里,电场强度E1=1.0×105V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy

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

如图所示的平行板之间,存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B1=0.20T,方向垂直纸面向里,电场强度E1=1.0×105 V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内,有一边界线AO,与y轴的夹角∠AOy=45°,边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B2=0.25T,边界线的下方有水平向右的匀强电场,电场强度E2=5.0×105 V/m,在x轴上固定一水平的荧光屏.一束带电荷量q=8.0×10-19C、质量m=8.0×10-26 kg的正离子从P点射入平行板间,沿中线PQ做直线运动,穿出平行板后从y轴上坐标为(0,0.4m)的Q点垂直y轴射入磁场区,最后打到水平的荧光屏上的位置C.求:
(1)离子在平行板间运动的速度大小.
(2)离子打到荧光屏上的位置C的坐标.
(3)现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度  大小,使离子都不能打到x轴上,磁感应强度大小B2′应满足什么条件?
魔方格

◎ 答案


魔方格

(1)设离子的速度大小为v,由于沿中线PQ做直线运动,
则有qE1=qvB1
代入数据解得:v=5.0×105 m/s,
(2)离子进入磁场,做匀速圆周运动,
由牛顿第二定律有:qvB2=m
v2
r

得,r=0.2 m,
作出离子的运动轨迹,交OA边界于N,如图甲所示,OQ=2r,
若磁场无边界,一定通过O点,则圆弧QN的圆周角为45°,
则轨迹圆弧的圆心角为θ=90°,过N点做圆弧切线,方向竖直向下,
离子垂直电场线进入电场,做类平抛运动,
y=OO′=vt,
x=
1
2
at2
而a=
E2q
m

则x=0.4 m
离子打到荧光屏上的位置C的水平坐标为xC=(0.2+0.4)m=0.6 m.
(3)只要粒子能跨过AO边界进入水平电场中,粒子就具有竖直向下的速度而一定打在x轴上.
如图乙所示,由几何关系可知使离子不能打到x轴上的最大半径
r′=
0.4

2
+1
 m,
设使离子都不能打到x轴上,最小的磁感应强度大小为B0
则qvB0=m
v2
r′

代入数据解得B0=

2
+1
8
 T=0.3 T,
则B2′≥0.3 T.
答案:(1)离子在平行板间运动的速度大小5.0×105 m/s.
(2)离子打到荧光屏上的位置C的坐标0.6 m.
(3)现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小,使离子都不能打到x轴上,磁感应强度大小B2′应满足B2′≥0.3 T条件.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示的平行板之间,存在着相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B1=0.20T,方向垂直纸面向里,电场强度E1=1.0×105V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy…”主要考查了你对  【向心力】,【牛顿第二定律】,【带电粒子在电场中运动的综合应用】,【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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