某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在
(08年全国卷?)26(两屏幕荧光屏互相垂直放置,在两屏内分别去垂直于两屏交线的直线为x和y轴,交点O为原点,如图32所示。在y>0,00,x>a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场,两区域内的磁感应强度大小均为B。在O点出有一小孔,一束质量为m、带电量为q(q>0)的粒子沿x轴经小孔射入磁
场,最后打在竖直和水平荧光屏上,使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在
0a的区域中运动的
时间之比为2:5,在磁场中运动的总时间为7T/1...
某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在
(08年全国卷?)26(两屏幕荧光屏互相垂直放置,在两屏内分别去垂直于两屏交线的直线为x和y轴,交点O为原点,如图32所示。在y>0,0
0,x>a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场,两区域内的磁感应强度大小均为B。在O点出有一小孔,一束质量为m、带电量为q(q>0)的粒子沿x轴经小孔射入磁
场,最后打在竖直和水平荧光屏上,使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在
0a的区域中运动的
时间之比为2:5,在磁场中运动的总时间为7T/12,
其中T为该粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做圆
周运动的周期。试求两个荧光屏上亮线的范围(不计
重力的影响)。
9(【解析】半圆的直径在y轴上,半径的范围从0到a,屏上发亮的范围从0到2a。轨道半径大于的粒子开始进入右侧磁场。对轨道半径大于的粒子开始进入右侧磁场,关键是分aa
析出速度最大的粒子落在哪里,进而画出其轨迹图。因为速度最大粒子的落点恰好是这题的临界条件。考虑r=a的极限情况,这种粒子在右侧的圆轨迹与x轴在
D点相切(虚线),OD=2a,这是水平屏上发亮范围的左边界。速度最
大的粒子的轨迹如图中实线所示,它由两段圆弧组成,圆心分别为C
,,CC和,C在y轴上,有对称性可知在x=2a直线上。
设t为粒子在0a的区域中运动的时间,由题意12
7TT5Tt21可知 由此解得: t,t,tt,,,121261212t52
结合几何图形,挖掘隐含的对称关系和几何关系,这恰恰是对他们灵活应数学知识综合解决物理问题能力的检验,也正是高考命题者的用心所在,而大多数学生对此认识不足,从而导致了解题的困难。
5,,,,,,对称性可得,,,,MCP360150所以 ,,OCM60,,MCN6012
,,, ,,C为1/4圆周。因此,圆心在x轴上。 ,,,,NCP1506090NP
,,COC设速度为最大值粒子的轨道半径为R,有直角可得
23a,2sin602Ra, 由图可知OP=2a+R,因此水平荧光屏发亮范围的右边界的坐R,3
,,3标 xa,,21,,,,3,,
12((2009年高考辽宁、宁夏理综卷)如图11,3
,26所示,在第一象限有一匀强电场,场强大小为E,
方向与y轴平行;在x轴下方有一匀强磁场,磁场方
向与纸面垂直(一质量为m、电荷量为,q(q>0)的粒
子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场,
在x轴上的Q点处进入磁场,并从坐标原点O离开磁
场(粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点(已知
OP,l,OQ,23l.不计重力(求:
(1)M点与坐标原点O间的距离;
图11,3,26(2)粒子从P点运动到M点所用的时间(
解析:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动~在y轴负方向上做初速度为零的匀加速运动~设加速度的大小为a,在x轴正方向上做匀速直线运动~设速度为v,粒子从P点运动到Q点所用的时间为t~01进入磁场时速度方向与x轴正方向的夹角为θ~则
qEx02y0a,? t, ? v,? 其中x,23l~y,l~又有 1 000amt1
at1tanθ,?联立???式~得θ,30?? v0
因为M、O、Q点在圆周上~?MOQ,90?~所以
MQ为直径(从图中的几何关系可知~
R,23l? MO,6l.?
(2)设粒子在磁场中运动的速度为v~从Q到M点运动的时间为
vπR0t~则有v,,? ? t22cosθv
带电粒子自P点出发到M点所用的时间t为
t,t,t? 联立????????式~并代入数据得 12
32mlt,(π,1) . 2qE
14.(09年全国卷?)26(21分)如图,在x轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于x y平面向外。P是y轴上距原点为h的一点,N为x轴上距原点为a的一点。A0
是一块平行于x轴的挡板,与x轴的距离为,A的中点在y轴上,长度略小于。带点粒子与挡板碰撞前后,x方向的分速度不变,y方向的分速度反向、大小不变。质量为m,电荷量为q(q>0)的粒子从P点瞄准N点入射,最后又通过P点。不计重力。求粒子入射0
速度的所有可能值。
,N解析:设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为,与板碰撞后再次进入磁场的位置O
mv为.粒子在磁场中运动的轨道半径为R,有…? R,N1qB
x1
粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离保持不变有
,,NN,2Rsin,NN粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离…? 始终不变,与相等.由图可以看出x,xOOO112
……? x,a2
设粒子最终离开磁场时,与档板相碰n次(n=0、1、2、3…).若粒子能回到P点,由对称性,
出射点的x坐标应为-a,即……? ,,n,1x,nx,2a12
, n2 , x a 1 由??两式得 ……? , n1 a若粒子与挡板发生碰撞,x,x,有……? 124
联立???得n<3………?
联立???得
qBn,2v,,a………? ,2msinn,1
hsin,,把代入?中得 22a,h
22qBaa,hv,,n,0…………? omh
223qBaa,h…………? v,,n,114mh
222qBaa,hv,,n,2…………? 23mh
15.(09年全国卷?)25.(18分)如图,在宽度分别为和的两个毗邻的条形区域分别ll12
有匀强磁场和匀强电场,磁场方向垂直于纸面向里,电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场,然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场,最后从电场边界上的Q点射出。已知PQ垂直于电场方向,粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d。不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比。
22lddl,211: arcsin()222dlld,21
解析:粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O应在分界线上,OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得
2 R2 ,l , (R , d ) 1 ………?
设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
2v,qvBmR……………?
,R,,,POP,,P,t设为虚线与分界线的交点,,则粒子在磁场中的运动时间为……?1v
l1sin,,式中有………?粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.R
设粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得…………? qE,ma
12d,atl,vt由运动学公式有……? ………? 22222
ldE1,v,由?????式得…………? 2
Bl2
22tl,d2dl111arcsin(),由????式得 222tdll,d221
a11. 2010?新课标?25如图所示,在0?x?a、o?y?范围内有垂直于xy平面向外的匀2
强磁场,磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一个粒子源,在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子,它们的速度大小相同,速度方向均在xy平面内,与y轴正方向
a0的夹角分布在090,范围内.己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于到a之间,从发2射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一.求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的(1)速度大小;(2)速度方向与y轴正方向夹角正弦。
03,,xa. 2010?全国卷??26如下图,在区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.在t=0时刻,一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与y轴正方向的夹角分布在0,180?范围内。
tt,已知沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场边界上点离开磁场。求:Paa(3,)0
? 粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q,m;
? 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向
夹角的取值范围;
? 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。
【解析】 ?粒子沿y轴的正方向进入磁场,从P点经过做OP
的垂直平分线与x轴的交点为圆心,根据直角三角形有
a323sin,,R,a,R23
222 解得,R,a,(3a,R)
q2,, 则粒子做圆周运动的的圆心角为120?,周期为T,3t0m3Bt 0
?仍在磁场中的粒子其圆心角一定大于120?,这样粒子角度最小时从磁场右边界穿出;角度最大时从磁场左边界穿出。
角度最小时从磁场右边界穿出圆心角120?,所经过圆弧的弦与?中相等穿出点如图,根据弦与半径、x轴的夹角都是30?,所以此时速度与y轴的正方向的夹角是60?。
角度最大时从磁场左边界穿出,半径与y轴的的夹角是60?,则此时速度与y轴的正方向的夹角是120?。
所以速度与y轴的正方向的夹角范围是60?到120?
?在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹应该与磁场的右边界相切,在三角形中两个相等
23233的腰为,而它的高是,半径与y轴的的夹角是30?,R,ah,3a,a,a333
这种粒子的圆心角是240?。所用 时间 为2t。 0
R
R
R
9. 2010?全国卷??26图中左边有一对平行金属板,两板相距为d,电压为V;两板之间有匀强磁场,磁场应强度大小为B0,方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a的正三角形区域EFG(EF边与金属板垂直),在此区域内及其边界上也有匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q的正离子沿平行于金属板面,垂直于磁场的方向射入金属板之间,沿同一方向射出金属板之间的区域,并经EF边中点H射入磁场区域。不计重力
(1) 已知这些离子中的离子甲到达磁场边界EG后,从边界EF穿出磁场,求离子甲的质量。
3a(2) 已知这些离子中的离子乙从EG边上的I点(图中未画出)穿出磁场,且GI长为,4
求离子乙的质量。
( 3) 若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半,而离子乙的质量是最大的,
问磁场边界上什么区域内可能有离子到达。
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