1. 一质点在一平面内运动,其轨迹如图7.15所示。它从A点出发,以恒定速率
经时间t到B点,图中x轴上方的轨迹都是半径为R的半圆,下方的都是半径为r的半圆。[来源:Z&xx&k.Com]
(1)求此质点由A到B沿x轴运动的平均速度。
①[来源:Zxxk.Com]
其所经历的时
间
②
所以沿x方向的平均速度为
(2)I. 根据运动轨迹和速度方向,可确定加速度(向心加速度),从而确定受力的方向,再根据质点带正电和运动方向,按洛伦兹力的知识可断定磁场的方向必是垂直于纸面向外。
II. x轴以上和以下轨迹都是半圆,可知两边的磁场皆为匀强磁场。
III. x轴以上和以下轨迹半圆的半径不同,用B上和B下分别
表
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示上、下的磁感应强度,用m、q和
v分别表示带电质点的质量、电量和速度的大小;则由洛伦兹力和牛顿定律可知,
,由此可得
,即下面磁感应强度是上面的
倍。
如图7.16所示,一束波长为
的强光射在金属板P的A处发生了光电效应,能从A处向各个方向逸出不同速率的光电子。金属板P的左侧有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感强度为B,面积足够大,在A点上方L处有一涂荧光材料的金属条Q,并与P垂直。现
,所以
逸出功
(3)以最大半径运动并经D点的电子转过圆心角最小,运动时间最短
且
,所以
。
2. 横截面为正方形的匀强磁场磁感应强度为B.
有一束速率不同的带电粒子垂直于磁场方向在ab边的中点,与ab边成30°角射入磁场,如图7.17所示,已知正方形边长为L.求
L/3,R=mv/qB,
v≤qBL/3m
3.
如图40-A11所示,在xoy平面内有许多电子(每个电子质量为m,电量为e)从坐标原点o不断
地以相同大小的速度v0沿不同的方向射入第Ⅰ象限.现加上一个垂直于xo
y平面的磁感应强度为B的匀强磁场,要求这些电子穿过该磁场后都能平行于x轴向x轴正所示),其圆的方程为:(R-x)2+y2=R2.
沿与x轴成任意角α(90°>α>0°)射入的电子转过一段较短的圆弧OP(其圆心为O′)运动方向亦可沿x轴正方向,设P点坐标为(x,y),因为PO′必定垂直于x轴,可得方程:x2+(R-y)2=
R2,
此方程也是一个半径为R的圆,这就是磁场的下边界b.
该磁场的最小范围应是以上两方程所代表的两个圆的交集,其面积为Smin=2[(πR2/4)-(R2/2)]=[(π-2)/2](mv
0)2/Be2.
4.
图7.19中虚线MN是一垂直纸面的平面与纸面的交线,在平面右
侧的半空间存在一磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向外.O是MN上的一点,从O点可以向磁场区域发射电量为+q、质量为m、速率为v的粒子,粒子射入磁场时的速度可在纸面内各
个方O1、O2和OO1Q1、OO2Q2,在O处两个圆的切线分别表示两个粒子的射入方向,用θ表示它们之间的夹角,由几何关系得:∠PO1Q1=∠PO2Q2=θ ②
从O点射入到相遇,粒子1的路程为半个圆周加弧长Q1P,且Q1P=Rθ ③
粒子2的路程为半个圆周减弧长Q2P,且Q2P=Rθ ④
粒子1的运动时间为t1=T/2+Rθ/v
⑤
粒子2的运动时间为t1=T/2-Rθ/v ⑥
两例子射入的时间间隔为△t=t1-t2=2Rθ/v ⑦
因Rcoc(θ/2)=L/2解得θ=2Rarccos(L/2R) ⑧
由①⑦⑧三式解得:
5.
串列加速器是用来产生高能离子的装置.图41-B11中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极
接地(电势为零).现将速度很低的负一价碳离子从a端输入,当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子,而不改变其速度大小.这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中,在
磁场中做半径为R的圆周运动.已知碳离子质量m=2.0×10-26kg,U=7.5
×105V,B=0.5T,n=2,基元电荷e=1.6×10-19C,求R.
6. 解:设碳离子到达b处的速度为v1,从c端射出时的速度为v2,由能量关系得:
①
②进入磁场后,碳离子做圆周运动,可得
③
由以上三式可得
④
由④式及题中所给数值可解得 R=0.75m
在如图7.21所示的装置中M N是一对相距为d的水平金属板在它们上方另有一水平金属板Q,其上有一小孔S正对着板M上的小孔O.MN间有一垂直向里的磁感应强度为B匀强磁场.在板Q的S孔处有质量为m、电荷量为-q的负离子,其重力和初速度不计,电源的电动势为E,内阻为r,RAB总电阻为2r,滑动触头C在AB的
中点,离子从MN的中点飞出,求离子飞出磁场时的速度大小.
解:根据闭合电路欧姆定律得
离子在QM间加速,由动能定理得:
离子在MN间运动,由动能定理得:[来源:Zxxk.Com]
解得
7.
如图7.22所示,匀强电场的场强E=4V/m,方向水平向左,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向垂直于纸面向里.一个质量m=1g、带正电的小物体A从M点沿绝缘粗糙的竖直壁无初速下滑,当它滑行h=0.8m到N点时离开壁做曲线运动,运动到P点时恰好处于平衡状态,此时速度方向与水平方向成45°设P与M的高度差H=1.6m.求:
(1)A沿壁下滑过程中摩擦力做的功;
(2)P与M的水平距离S.(g取10m/s2)
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解:(1)小物体到N点时离
开壁时,qvNB=qE