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如图所示为圆形区域的匀强磁场,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里,边界跟y轴相切于...

如图所示为圆形区域的匀强磁场,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里,边界跟y轴相切于坐标原点O. O点处有一放射源,沿纸面向各方向射出速率均为v的某种带电粒子,带电粒子在磁场中做圆周运动的半径是圆形磁场区域半径的两倍.已知该带电粒子的质量为m、电荷量为q,不考虑带电粒子的重力.
(1)推导带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径;
(2)求带电粒子通过磁场空间的最大偏转角;
(3)沿磁场边界放置绝缘弹性挡板,使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回,且其电荷量保持不变.若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为manfen5.com 满分网,求该粒子第一次回到O点经历的时间.

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(1)带电粒子在洛伦兹力作用下,在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由可得出半径公式. (2)粒子经过磁场的偏转角最大,即为在磁场中的弧长最长,也就是射入点到射出点的距离最大,由题意可知,最大为磁场的直径,由几何知识可求出最大偏转角. (2)从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为,半径也变为原来的一半,即与磁场的半径相同,从而可知每偏转90°就碰撞一次,经过4个周期回到O点. 【解析】 (1)带电粒子进入磁场后,受洛伦兹力作用,由牛顿第二定律得: (2)设粒子飞出和进入磁场的速度方向夹角为ϕ,则,x是粒子在磁场中轨迹的两端点的直线距离. x最大值为2R,对应的就是φ最大值.且2R=r 所以. (3)当粒子的速度减小为时,在磁场中作匀速圆周运动的半径为 故粒子转过四分之一圆周,对应圆心角为90°时与边界相撞弹回,由对称性知粒子经过四个这样的过程后第一次回到O点,亦即经历时间为一个周期. 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期:. 所以从O点沿x轴正方向射出的粒子第一次回到O点经历的时间是:. 答:(1)带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨道半径为; (2)带电粒子通过磁场空间的最大偏转角为60°; (3)沿磁场边界放置绝缘弹性挡板,使粒子与挡板碰撞后以原速率弹回,且其电荷量保持不变.若从O点沿x轴正方向射入磁场的粒子速度已减小为,该粒子第一次回到O点经历的时间为.
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考点分析:
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(3)为了测量某电池的电动势 E(约为3V)和内阻 r,可供选择的器材如下:
A.电流表G1(2mA  100Ω)            B.电流表G2(1mA  内阻未知)
C.电阻箱R1(0~999.9Ω)            D.电阻箱R2(0~9999Ω)
E.滑动变阻器R3(0~10Ω  1A)       F.滑动变阻器R4(0~1000Ω  10mA)
G.定值电阻R(800Ω  0.1A)         H.待测电池
I.导线、电键若干
①采用如图,(甲)所示的电路,测定电流表G2的内阻,得到电流表G1的示数I1、电流表G2的示数I2如下表所示:
I1(mA)0.400.811.201.592.00
I2(mA)0.200.400.600.801.00
根据测量数据,请在图(乙)坐标中描点作出I1-I2图线.由图得到电流表G2的内阻等于______Ω.
②在现有器材的条件下,测量该电池电动势和内阻,采用如图(丙)所示的电路.在给定的器材中,图中滑动变阻器①应该选用______,电阻箱②应该选用______(均填写器材后面的代号)
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③根据图(丙)所示电路,请在图(丁)中用笔画线代替导线,完成实物电路的连接.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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