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专题:带电粒子在电磁场中的运动(精编)

2021-07-28 来源:好土汽车网
导读 专题:带电粒子在电磁场中的运动(精编)
专题:带电粒子在电磁场中的运动

一.带电粒子在电场中的运动: (一).电场类型 1.匀强电场: 2.变化电场:

(二).运动类型:

1.直线运动:E∥V①.单向直线运动:②.往返直线运动: 2曲线运动:刚开始E⊥V①.一般曲线运动:②.类平抛运动

3.在组合电场中的运动:先加速(直线运动)→再偏转(曲线运动)→最后匀速(直线运动) 4.在叠加电场中的运动:示波器的结构和原理 (三).解题思路:

解题技巧:熟记各个公式及二级结论。

二.带电粒子在磁场中的运动: (一).磁场类型 1.匀强磁场:

常见的七大匀强磁场:①无边界磁场,②直线单边界磁场,③直线平行边界磁场 ④矩形边界磁场,⑤圆形边界磁场,⑥三角形边界磁场,⑦正交边界磁场 2.变化磁场:

(二).运动类型: 1.匀速直线运动:B∥V 2.匀速圆周运动:B⊥V (三).解题思路:

“①定圆心画轨迹,②求半径算时间,③找关系用规律。”

(四).基本题型:

1.在匀强磁场中的多解问题:“

①粒子电性的不确定,②磁场方向的不确定,③临界状态的不唯一,④运动具有的周期性” 2.在有界磁场中的临界问题:“①两种方法,②三条结论,③四大极值。” 3.求解未知磁场的边界问题:

三.带电粒子在复合场中的运动: (一).在组合场中的运动:

1. 组合场的特点:相互联系彼此独立 2. 组合场的解题策略:“①先拆后连各个击破,②一力二程三模四律。” (二).在叠加场中的运动:

1. 叠加场的特点:相互正交彼此独立 2. 叠加场的解题策略:“一场二力三程四模五律综合分析。” (三).在交变电磁场中的运动:

1. 交变电磁场的特点:相互正交或者平行

2. 交变电磁场的类型:①电场周期性变化,磁场不变;

②磁场周期性变化,电场不变; ③电场、磁场均周期性变化。 3.交变电磁场的解题策略:“一场二力三程四模五律综合分析。” 四.与电磁场联系的六大科学仪器: 1.速度选择器: 2.磁流体发电机: 3霍尔元件: 4.电磁流量计: 5.质谱仪: 6.回旋加速器:

五.专题训练:

1. 如图A为粒子源,在A和极板B间的加速电压为U1,在两水平放置的平行带电板C、D间的电压为U2,现设有质量为m,电荷量为q的质子初速度为零,从A被加速电压U1加速后水平进入竖直方向的匀强电场,平行带电板的极板的长度为L,两板间的距离为d,不计带电粒子的重力,求: (1)带电粒子在射出B板时的速度; (2)带电粒子在C、D极板间运动的时间;

(3)带电粒子飞出C、D电场时在竖直方向上发生的位移y.

2. 如图所示为两组平行板金属板,一组竖直放置,一组水平放置,今有一质量为m的电子静止在竖直放置的平行金属板的A点,经电压U0加速后通过B点进入两板间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间,若电子从两块水平平行板的正中间射入,且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出,A、B分别为两块竖直板的中点,求:

(1)电子通过B点时的速度大小; (2)右侧平行金属板的长度;

(3)电子穿出右侧平行金属板时的动能.

3. 如图所示为一真空示波管,电子从灯丝K发出(初速度不计),经灯丝与A板间的可调加速电压U1加速,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场视为匀强电场),N间电场时的速度与电场方向垂直.N两板间的电压为U2=91V,电子进入M、已知M、两板间的距离为d=4cm,10板长为L1=8cm,板右端到荧光屏的距离为L2=20cm,电子的质量为m=0.91×(1)要使被加速的电子均能从M、N的右端穿出,求U1的最小值?

(2)当U1=273V时,电子从偏转电场射出后打在荧光屏上的P点,求P到O点的距离?

4. 如图所示,竖直放置的平行金属板,板间电压为U0.质量为m,电量为q的带正电的粒子(不计重力)自左极板的a处由静止释放,加速后从右极板的小孔b射出.由o点垂直于mf边的方向射入边长为L的正方形场区,o为mf边的中点.

(1)若正方形区域内仅存在垂直于mn方向的匀强电场,求电场强度E多大能使粒子从n点射出场区; (2)若正方形区域内仅存在垂直于纸面方向的匀强磁场,求磁感应强度B大小满足什么条件能使粒子从m、n两点间射出场区.

﹣30

Kg,电荷量为e=1.60×10﹣19C.

5. 如图,POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场, POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,OP与x轴成θ角.不计重力的负电荷,质量为m、电量为q,从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入,经电场偏转后垂直OP进入磁场,又垂直x轴离开磁场.求: (1)电荷进入磁场时的速度大小 (2)电场力对电荷做的功

(3)电场强度E与磁感应强度B的比值

6.如图所示,在xoy直角坐标系中,第Ⅰ象限内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场,第Ⅱ象限内分布着方向沿y轴负方向的匀强电场.初速度为零、带电荷量为q、质量为m的离子(不计重力)经过电压为U的电场加速后,从x上的A点垂直x轴进入磁场区域,经磁场偏转后过y轴上的P点且垂直y轴进入电场区域,在电场偏转并击中x轴上的C点.已知OA=OC=d.求: (1)离子进入磁场时的速度大小; (2)电场强度E和磁感应强度B的大小.

103V/m、方向水平向左的匀强电场,其余三个象限分7. 如图所示,在直角坐标系的第Ⅰ象限分布着场强E=5×

布着垂直纸面向里的匀强磁场.现从电场中M(0.5m,0.5m)点由静止释放一比荷为的带正电微粒,该微粒第一次进入磁场后将垂直通过x轴.求: (1)匀强磁场的磁感应强度;

(2)带电微粒第二次进入磁场时的位置坐标; (3)带电微粒第二次进入磁场时的速度大小和方向.

8. 如图所示,在矩形区域abcd内充满垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.在ad边中点O的粒子源,在t=0时刻垂直于磁场发射出大量的同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与Od的夹角分布在0~180°范围内.已知沿Od方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界cd上的p点离开磁场,ab=1.5L,bc=3L, 粒子在磁场中做圆周运动的半径R=L,不计粒子的重力和粒子间的相互作用,求:(1)粒子在磁场中的运动周期T; (2)粒子的比荷

q=2×104C/kg、重力不计mq; m(3)粒子在磁场中运动的最长时间.

10﹣3T;磁场右边是宽度L=0.2m、场强E=40V/m、方向向左的匀9. 如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度B=2×10强电场.一带电粒子电荷量q=﹣3.2×

﹣19

C,质量m=6.4×10﹣27kg,重力不计,以v=4×104m/s的速度沿OO′垂直

射入磁场,在磁场中偏转后进入右侧的电场,最后从电场右边界射出.求: (1)大致画出带电粒子的运动轨迹;(画在答题纸上给出的图中) (2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径; (3)带电粒子飞出电场时的动能EK.

10. 如图所示,空间分布着方向平行于纸面且与场区边界垂直的有界匀强电场,电场强度为E、场区宽度为L.在紧靠电场右侧的圆形区域内,分布着垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B未知,圆形磁场区域半径为r.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从A点由静止释放后,在M点离开电场,并沿半径方向射入磁场区域,然后从N点射出,O为圆心,∠MON=120°,粒子重力可忽略不计.求: (1)粒子经电场加速后,进入磁场时速度的大小; (2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;

(3)粒子从A点出发到N点离开磁场经历的时间.

11.如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里.位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响).已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场.上述m、q、l、t0、B为已知量. (不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况) (1)求电压U0的大小.

(2)求t0时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径.

(3)何时射入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间.

12.如图所示,在平面直角坐标系中,第一象限内有竖直向下的匀强电场,场强为E=20N/C,第四象限内有一个10﹣5kg,圆形区域的匀强磁场,方向垂直纸面向外,大小为B=42,未画出来.一个带正电的粒子质量为m=2×10﹣3C,重力不计,从y中上的a点以v0=10m/s的速度垂直 y 轴射入电场.Oa长度为 h=0.01m,电量为q=5×

粒子通过x轴上的b点进入第四象限,粒子经圆形磁场后从c点射出第四象限,出射的速度方向与y轴负方向成75°.(π=3.14)求:

(1)粒子通过b点时的速度大小及方向. (2)磁场的最小面积是多少.

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