海南省瓊海市嘉積中學(xué)高中物理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)壓軸題易錯(cuò)題(編輯修改稿)
2025-04-02 04:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)方向相同，請(qǐng)寫(xiě)出磁場(chǎng)變化周期T滿足的關(guān)系表達(dá)式?！敬鸢浮浚?），設(shè)vM的方向與x軸的夾角為θ，θ＝45176。；（2），；（3）T的表達(dá)式為（n＝1，2，3，…）【解析】【詳解】（1）在加速電場(chǎng)中，從P點(diǎn)到Q點(diǎn)由動(dòng)能定理得：可得電子從Q點(diǎn)到M點(diǎn)，做類平拋運(yùn)動(dòng)，x軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由以上各式可得：電子運(yùn)動(dòng)至M點(diǎn)時(shí)：即：設(shè)vM的方向與x軸的夾角為θ，解得：θ＝45176。（2）如圖甲所示，電子從M點(diǎn)到A點(diǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，因O2M＝O2A，O1M＝O1A，且O2A∥MO1，所以四邊形MO1AO2為菱形，即R＝L由洛倫茲力提供向心力可得：即。（3）電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)最簡(jiǎn)單的情景如圖乙所示，在磁場(chǎng)變化的半個(gè)周期內(nèi)，粒子的偏轉(zhuǎn)角為90176。，根據(jù)幾何知識(shí)，在磁場(chǎng)變化的半個(gè)周期內(nèi)，電子在x軸方向上的位移恰好等于軌道半徑，即因電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)具有周期性，如圖丙所示，電子到達(dá)N點(diǎn)且速度符合要求的空間條件為：（n＝1，2，3，…）電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑解得：（n＝1，2，3，…）電子在磁場(chǎng)變化的半個(gè)周期內(nèi)恰好轉(zhuǎn)過(guò)圓周，同時(shí)在MN間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是磁場(chǎng)變化周期的整數(shù)倍時(shí)，可使粒子到達(dá)N點(diǎn)且速度滿足題設(shè)要求，應(yīng)滿足的時(shí)間條件是又則T的表達(dá)式為（n＝1，2，3，…）。6．長(zhǎng)為L(zhǎng)的平行板電容器沿水平方向放置，其極板間的距離為d，電勢(shì)差為U，有方向垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．熒光屏MN與電場(chǎng)方向平行，且到勻強(qiáng)電、磁場(chǎng)右側(cè)邊界的距離為x，電容器左側(cè)中間有發(fā)射質(zhì)量為m帶＋q的粒子源，如圖甲所示．假設(shè)a、b、c三個(gè)粒子以大小不等的初速度垂直于電、磁場(chǎng)水平射入場(chǎng)中，其中a粒子沿直線運(yùn)動(dòng)到熒光屏上的O點(diǎn)；b粒子在電、磁場(chǎng)中向上偏轉(zhuǎn)；c粒子在電、磁場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)．現(xiàn)將磁場(chǎng)向右平移與電場(chǎng)恰好分開(kāi)，如圖乙所示．此時(shí)，a、b、c粒子在原來(lái)位置上以各自的原速度水平射入電場(chǎng)，結(jié)果a粒子仍恰好打在熒光屏上的O點(diǎn)；b、c中有一個(gè)粒子也能打到熒光屏，且距O點(diǎn)下方最遠(yuǎn)；還有一個(gè)粒子在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)，且打到電容器極板的中點(diǎn)．求：(1)a粒子在電、磁場(chǎng)分開(kāi)后，再次打到熒光屏O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能；(2)b，c粒子中打到熒光屏上的點(diǎn)與O點(diǎn)間的距離(用x、L、d表示)；(3)b，c中打到電容器極板中點(diǎn)的那個(gè)粒子先、后在電場(chǎng)中，電場(chǎng)力做功之比．【答案】(1) (2) (3) 【解析】【詳解】據(jù)題意分析可作出abc三個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的示意圖，如圖所示．(1) 從圖中可見(jiàn)電、磁場(chǎng)分開(kāi)后，a粒子經(jīng)三個(gè)階段：第一，在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)；第二，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；第三，出磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)O點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中Ⅰ所示．，，(2) 從圖中可見(jiàn)c粒子經(jīng)兩個(gè)階段打到熒光屏上．第一，在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)；第二，離開(kāi)電場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng)打到熒光屏上，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中Ⅱ所示．設(shè)c粒子打到熒光屏上的點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為y，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特點(diǎn)及幾何關(guān)系可得，(3) 依題意可知粒子先后在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間比為t1=2t2如圖中Ⅲ的粒子軌跡，設(shè)粒子先、后在電場(chǎng)中發(fā)生的側(cè)移為y1，y2，，7．如圖，第一象限內(nèi)存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)
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