曾献智带电粒子磁场中运动练习题.docx

1.如图所示，MN为纸面内竖直放置的挡板，P、D是纸面内水平方向上的两点，两点之间的距离为L，D点到MN的距离为L/π。一质量为m、电量为+q的带电粒子（重力不计）在纸面内从P点开始以水平初速度v0沿PD方向运动，经过一段时间后在MN左侧空间加上垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，磁场维持t0时间后撤除，随后粒子再次通过D点且速度方向竖直向下。已知挡板足够长，MN左侧空间磁场分布范围足够大。求：⑴粒子在加上磁场前运动的时间t；⑵满足题设条件的磁感应强度B的最小值；⑶当B取该最小值时对应的t0的值。2.如图所示L1 L2为两平行的虚线，L1的上方和L2的下方都是垂直纸面向里的，范围足够大的且磁感应强度均为B的匀强磁场，在虚线L2上有相距为d的A B两点。一质量为m，带电量为+q的带电粒子（不计重力）从A点以某一初速度v0与L2成30度角斜向上射出，经过磁场偏转后恰好经过B点且过B点时的速度方向与从A点射出时的相同。问：（1）L1 L2间的距离至多不能超过多大？（2）若L1 L2间的距离是（1）问中的1/3，则带电粒子从A点运动到B点的时间有多长？3．（16分）如图所示，两块垂直纸面的平行金属板A、B相距为d，B板的中央M处有一个α粒子源，可向各个方向射出速率相同的α粒子，α粒子的质量为m，带电量为q，为使所有的α粒子都不能达到A板，可以在A、B板间加一个电压，两板间产生如图由A板指向B板的匀强电场，所加电压最小值是U0；若撤去A、B间的电压，仍要使所有α粒子都不能达到A板，可以在A、B间加一个垂直纸面向外的范围足够大的匀强磁场，该匀强磁场的磁感应强度B必须符合什么条件？请画出在加磁场时平面内α粒子所能到达的区域的边界轮廓，并用题中所给的物理量d、m、q、U0写出B所符合条件的关系式（α粒子在电场或磁场运动时均不考虑重力的作用）.1,3,54．如图所示，带电量为+q、质量为m的离子(不计重力)由静止开始经A、B间电压加速以后，沿中心线射入带电金属板C、D间，C、D间电压为Uo，板间距离为d，中间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B0。(1)为使加速的离子进入C、D板间做匀速直线运动，求加速电压U2)设沿直线飞越C、D间的离子由小孔M沿半径方向射入一半径为R的绝缘筒，筒内有垂直纸面向里的匀强磁场。设离子与筒壁碰撞时速率、电量都不变，且碰撞前速度方向与碰撞后速度方向的关系与光的反射(入射光线和反射光线分居在法线两侧，反射角等于入射角)相类似。为使离子在筒内能与筒壁碰撞4次(不含从M孔出来的一次)后又从M孔飞出，求筒内磁感应强度B的可能值(用三角函数表示)5．如图14所示的直角坐标系中，在直线x=－2l0到y轴区域内存在着两个大小相等、方向相反的有界匀强电场，其中x轴上方的电场方向沿y轴负方向，x轴下方的电场方向沿y轴正方向。在电场左边界上A（－2l0，－l0）到C（－2l0，0）区域内，连续分布着电量为＋q、质量为m的粒子。从某时刻起由A点到C点间的粒子，依次连续以相同的速度v0沿x轴正方向射入电场。若从A点射入的粒子，恰好从y轴上的A′（0，l0）沿x轴正方向射出电场，其轨迹如图。不计空气阻力、粒子的重力及它们间的相互作用。⑴求匀强电场的电场强度E；⑵求在AC间还有哪些位置的粒子，通过电场后也能沿x轴正方向运动？⑶若以直线x=2l0上的某点为圆心的圆形区域内，分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，使沿x轴正方向射出电场的粒子，经磁场偏转后，都能通过直线x=2l0与圆形磁场边界的一个交点处，而便于被收集，则磁场区域的最小半径是多大？相应的磁感应强度B是多大？图146．如图所示的平行板器件中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B1=0.40T，方向垂直纸面向里，电场强度E=2.0×105V/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，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B2=0.25T，磁场边界AO和y轴的夹角∠AOy=45°．一束带电量q=8.0×10-19C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（0，0.2m）的Q点垂直y轴射入磁场区，离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角在45°~90°之间.则：（1）离子运动的速度为多大？（2）离子的质量应在什么范围内？（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？7．(14分)如图所示，位于竖直平面内的坐标系xoy，在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E．在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强为的匀强电场，并在yh区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场．一个带