如圖所示，真空室內(nèi)存在寬度為d=8cm的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.332T，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里；ab、cd足夠長(zhǎng)，cd為厚度不計(jì)的金箔，金箔右側(cè)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，電場(chǎng)強(qiáng)度E=3.32×105N/C；方向與金箔成37°角．緊挨邊界ab放一點(diǎn)狀α粒子放射源S，可沿紙面向各個(gè)方向均勻放射初速率相同的α粒子，已知：α粒子的質(zhì)量m=6.64×10-27kg，電荷量q=+3.2×10-19C，初速度
v=3.2×106m/s．不計(jì)粒子重力（sin37°=0.6，cos37°=0.8）
求：（1）α粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R；
（2）金箔cd被α粒子射中區(qū)域的長(zhǎng)度L；
（3）設(shè)打在金箔上d端離cd中心最遠(yuǎn)的α粒子，速度方向不變穿出金箔進(jìn)入電場(chǎng)．在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)通過(guò)N點(diǎn)，SN⊥ab且SN=40cm，則此α粒子從金箔上穿出時(shí)的速度大小為多少？
分析：（1）α粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中由洛倫茲力提供向心力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可求出α粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R；
（2）畫出α粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡．α粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)圓周軌跡與cd相切時(shí)向上偏離O最遠(yuǎn)，當(dāng)α粒子沿sb方向射入時(shí)，向下偏離O最遠(yuǎn)，根據(jù)幾何知識(shí)求出向上和向下偏轉(zhuǎn)的最大距離，它們之和即為被α粒子射中區(qū)域的長(zhǎng)度L；
（3）根據(jù)第（2）問(wèn)的結(jié)果，求出α粒子向下打d端時(shí)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角可知，α粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，畫出軌跡，將其運(yùn)動(dòng)分解為沿電場(chǎng)方向和垂直于電場(chǎng)方向兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，由幾何關(guān)系求得α粒子通過(guò)N點(diǎn)時(shí)兩個(gè)分位移，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合即可求出此α粒子從金箔上穿出時(shí)的速度大�。�
解答：解：（1）α粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，
即有  qαvB=mα
v2
R

解得 R=
mαv
qαB
=0.2m=20cm
（2）設(shè)cd中心為O，向c端偏轉(zhuǎn)的α粒子，當(dāng)圓周軌跡與cd相切時(shí)偏離O最遠(yuǎn)，設(shè)切點(diǎn)為P，對(duì)應(yīng)圓心O1，如圖所示，則由幾何關(guān)系得：
 
.
OP
=
.
Sa
=
R2-(R-d)2
=16cm
向d端偏轉(zhuǎn)的α粒子，當(dāng)沿sb方向射入時(shí)，偏離O最遠(yuǎn)，設(shè)此時(shí)圓周軌跡與cd交于Q點(diǎn)，對(duì)應(yīng)圓心O2，如圖所示，則由幾何關(guān)系得：
 
.
OQ
=
R2-(R-d)2
=16cm
故金箔cd被α粒子射中區(qū)域的長(zhǎng)度
 L=
.
PQ
=
.
OP
+
.
OQ
=32cm
（3）設(shè)從Q點(diǎn)穿出的α粒子的速度為v′，軌跡所對(duì)的圓心角為α，則sinα=
.
OQ
R
=
16
20
=0.8
得 α=53°
由幾何知識(shí)可知，半徑O2Q∥場(chǎng)強(qiáng)E，則v′⊥E，故穿出的α粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖所示．
沿速度v′方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，
位移為  Sx=（
.
SN
-R）sin53°=16cm
沿場(chǎng)強(qiáng)E方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，
位移為  Sy=（
.
SN
-R）cos53°+R=32cm
則由 Sx=v′t   Sy=
1
2
at2  a=
qαE
mα

得：v′=8×105m/s
答：（1）α粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R是20cm；
（2）金箔cd被α粒子射中區(qū)域的長(zhǎng)度L是32cm；
（3）此α粒子從金箔上穿出時(shí)的速度大小是8×105m/s．
點(diǎn)評(píng)：本題中帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)鍵是畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，由幾何知識(shí)求出長(zhǎng)度與軌跡半徑的關(guān)系．粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)的分解法進(jìn)行研究．
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

如圖所示，半徑為r、圓心為O1的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)右側(cè)有一豎直放置的平行金屬板M和N，兩板間距離為L(zhǎng)，在MN板中央各有一個(gè)小孔O2、O3、O1、O2、O3在同一水平直線上，與平行金屬板相接的是兩條豎直放置間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)體棒PQ與導(dǎo)軌接觸良好，與阻值為R的電陰形成閉合回路（導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)），該回路處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，整個(gè)裝置處在真空室中，有一束電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子流（重力不計(jì)），以速率v0從圓形磁場(chǎng)邊界上的最低點(diǎn)E沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域，最后從小孔O3射出．現(xiàn)釋放導(dǎo)體棒PQ，其下滑h后開始勻速運(yùn)動(dòng)，此后粒子恰好不能從O3射出，而從圓形磁場(chǎng)的最高點(diǎn)F射出．求：
（1）圓形磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′．
（2）導(dǎo)體棒的質(zhì)量M．
（3）棒下落h的整個(gè)過(guò)程中，電阻上產(chǎn)生的電熱．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

（2011?自貢模擬）如圖所示，半徑為r圓心為0的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)右側(cè)有一豎直放置的平行金屬板M和N，兩板間距離為在MN板中央各有一個(gè)小孔02、O3，O1，O2，O3在同一水平直線上，與平行金屬板相接的是兩條豎直放置間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)體棒PQ與導(dǎo)軌接觸良好，與阻值為R的電阻形成閉合回路．（導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)），該回路處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，整個(gè)裝置處在真空室中，有一束電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子流（重力不計(jì)），以速率V0從圓形磁場(chǎng)邊界上的最低點(diǎn)E沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域，最后從小孔O3射出．現(xiàn)釋放導(dǎo)體棒PQ，其下滑h后開始勻速運(yùn)動(dòng)，此后粒子恰好不能從O3射出，而是從圓形磁場(chǎng)的最高點(diǎn)F射出．求：
（1）圓形磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B′．
（2）導(dǎo)體棒的質(zhì)量M．
（3）棒下落h的整個(gè)過(guò)程中，電阻上產(chǎn)生的電熱．
（4）粒子從E點(diǎn)到F點(diǎn)所用的時(shí)間．

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

（2011?溫州模擬）如圖所示，半徑為r、圓心為O1的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)右側(cè)有一豎直放置的平行金屬板C和D，兩板間距離為L(zhǎng)，在MN板中央各有一個(gè)小孔O2、O3．O1、O2、O3在同一水平直線上，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距也為L(zhǎng)．M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為M的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，閉合回路（導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)）．整套裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上．整個(gè)裝置處在真空室中，有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子（重力不計(jì)），以速率v0從圓形磁場(chǎng)邊界上的最低點(diǎn)E沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域，最后從小孔O3射出．現(xiàn)釋放導(dǎo)體棒ab，其沿著斜面下滑h后開始勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)仍然從E點(diǎn)沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域的相同粒子恰好不能從O3射出，而從圓形磁場(chǎng)的最高點(diǎn)F射出．求：
（1）圓形磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′．
（2）導(dǎo)體棒的質(zhì)量M．
（3）棒下落h的整個(gè)過(guò)程中，導(dǎo)體棒ab克服安培力做的功為多少？

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

如圖所示，半徑為、圓心為O1的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)右側(cè)有一堅(jiān)直放置的平行金屬板C和D，兩板間距離為L，在MN板中央各有一個(gè)小孔O2、O3。O1、O2、O3在同一水平直線上，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距也為L(zhǎng)。M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻。一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，閉合回路（導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)）。整套裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上。整個(gè)裝置處在真空室中，有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子（重力不計(jì)），以速率v0從圓形磁場(chǎng)邊界上的最低點(diǎn)沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域，最后從小孔O3射出�，F(xiàn)釋放導(dǎo)體棒ab，其沿著斜面下滑后開始勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)仍然從點(diǎn)沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域的相同粒子恰好不能從O3射出，而從圓形磁場(chǎng)的最高點(diǎn)F射出。求：

    （1）圓形磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B/。

（2）導(dǎo)體棒的質(zhì)量M。

    （3）棒下落h的整個(gè)過(guò)程中，導(dǎo)體棒ab克服安培力做的功為多少？

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

(17分)如圖所示,半徑為r、圓心為O1的虛線所圍的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在磁場(chǎng)右側(cè)有一豎直放置的平行金屬板M和N,兩板間距離為L(zhǎng),在MN板中央各有一個(gè)小孔O2、O3,O1、O2、O3在同一水平直線上,與平行金屬板相接的是兩條豎直放置間距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)體棒PQ與導(dǎo)軌接觸良好,與阻值為R的電阻形成閉合回路(導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻不計(jì)),該回路處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,整個(gè)裝置處在真空室中,有一束電荷量為+q、質(zhì)量為m的粒子流(重力不計(jì)),以速率v0從圓形磁場(chǎng)邊界上的最低點(diǎn)E沿半徑方向射入圓形磁場(chǎng)區(qū)域,最后從小孔O3射出.現(xiàn)釋放導(dǎo)體棒PQ,其下滑h后開始勻速運(yùn)動(dòng),此后粒子恰好不能從O3射出,而從圓形磁場(chǎng)的最高點(diǎn)F射出.求:

（1）圓形磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′.

（2）導(dǎo)體棒的質(zhì)量M.

（3）棒下落h的整個(gè)過(guò)程中,電阻上產(chǎn)生的電熱.

（4）粒子從E點(diǎn)到F點(diǎn)所用的時(shí)間.

 

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