综合题18.0分
物理

如图所示,MN为两块带等量异种电荷的平行金属板,两板间电压可取从零到最大值Um之间的各种数值。静止的带电粒子电荷量为+q,质量为m(不计重力),从点P经电场加速后,从小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向外,CD为磁场边界上的一绝缘板,它与N板的夹角为θ= 45°,孔Q到板的下端C的距离为L,当MN两板间电压取最大值Um时,粒子恰垂直打在CD板上。

19.求当MN两板间电压取最大值Um时,粒子射入磁场的速度v1的大小。

20.匀强磁场的磁感应强度B的大小。

21.粒子在磁场中运动的最长时间tm

22.CD板上可能被粒子打中区域的长度S

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

MN两板间电压取最大值Um时,粒子恰垂直打在CD板上,所以圆心在C点,如图所示,设此时粒子运动轨迹半径为r1CH=QC=L,即半径r1L;由qUmmv,又因为qv1Bm ,得。联立上式可知

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

粒子恰好垂直打在CD板上,根据粒子的运动的轨迹,可以求得粒子运动的半径,由半径公式可以求得电压的大小,磁场大小。

易错点

考查带电粒子在匀强磁场中的运动,画出粒子的运动轨迹后,由几何关系求轨迹半径和圆心角是关键,要掌握住半径公式、周期公式

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

MN两板间电压取最大值Um时,粒子恰垂直打在CD板上,所以圆心在C点,如图所示,设此时粒子运动轨迹半径为r1CH=QC=L,即半径r1L,由qUmmv, 又因为qv1Bm, 得,联立上式可知 。

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

粒子恰好垂直打在CD板上,根据粒子的运动的轨迹,可以求得粒子运动的半径,由半径公式可以求得电压的大小,磁场大小;

易错点

考查带电粒子在匀强磁场中的运动,画出粒子的运动轨迹后,由几何关系求轨迹半径和圆心角是关键,要掌握住半径公式、周期公式

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

解析

打在QE间的粒子在磁场中运动的时间最长,均为半个周期,由,得

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

当粒子的运动的轨迹恰好与CD板相切时,这是粒子能达到的最下边的边缘,在由几何关系可以求得被粒子打中的区域的长度。

易错点

考查带电粒子在匀强磁场中的运动,画出粒子的运动轨迹后,由几何关系求轨迹半径和圆心角是关键,要掌握住半径公式、周期公式

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

s

解析

设粒子在磁场中运动的轨迹与CD板相切于K点,此轨迹的半径为r2,设圆心为A,在△AKC中:sin 45°= ,解得r2=(-1)L,即=r2=(-1)L,所以CD板上可能被粒子打中的区域的长度s=,即sr1r2=(2-)L (或 s)

考查方向

带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动

解题思路

当粒子的运动的轨迹恰好与CD板相切时,这是粒子能达到的最下边的边缘,在由几何关系可以求得被粒子打中的区域的长度。

易错点

考查带电粒子在匀强磁场中的运动,画出粒子的运动轨迹后,由几何关系求轨迹半径和圆心角是关键,要掌握住半径公式、周期公式。