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1、
專題9.7 扇形邊界磁場問題
一.選擇題
1.如圖所示,半徑為R的1/4圓形區(qū)域內(nèi)存在著垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,磁場的左邊垂直x軸放置一線型粒子發(fā)射裝置,能在0≤y≤R的區(qū)間內(nèi)各處沿x軸正方向同時發(fā)射出速度相同、帶正電的同種粒子,粒子質(zhì)量為m,電荷量為q,不計粒子的重力及粒子間的相互作用力,若某時刻粒子被裝置發(fā)射出后,經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)擊中y軸上的同一位置,則下列說法中正確的是( )
A. 粒子都擊中在O點處
B. 粒子的初速度為
C. 粒子在磁場中運動的最長時間為
D. 粒子到達y軸上的最大時間差為
【參考答案】D
【點睛】看起來情況比較復(fù)雜,但涉及的問題
2、卻是常規(guī)問題,本題的關(guān)鍵點是粒子源發(fā)出的粒子是速度大小和方向均相同,則其做勻速圓周運動的半徑相同,在從最低點的特殊情況就能知道相同的半徑就是圓弧的半徑,再結(jié)合周期公式能求出最長和最短時間.
2.(2018衡水六調(diào))如圖所示,紙面內(nèi)有寬為L,水平向右飛行的帶電粒子流,粒子質(zhì)量為m、電荷量為-q、速率為v0,不考慮粒子的重力及相互間的作用,要使粒子都會聚到一點,可以在粒子流的右側(cè)虛線框內(nèi)設(shè)計一勻強磁場區(qū)域,則磁場區(qū)域的形狀及對應(yīng)的磁感應(yīng)強度可以是哪一種(其中B0=,A、C、D選項中曲線均為半徑是L的圓弧,B選項中曲線為半徑是的圓)
【參考答案】A
【命題意圖】本題考查帶電粒子在有界勻強磁
3、場中的運動、磁聚焦現(xiàn)象及其相關(guān)的知識點。
3.如圖半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場。一質(zhì)量為m、帶電量為-q且不計重力的粒子,以速度v沿與半徑AO夾角θ=30°的方向從A點垂直磁場射入,最后粒子從圓弧MN上射出,則
磁感應(yīng)強度的大小不可能為( )
A. B. C. D.
【參考答案】B
【名師解析】當(dāng)粒子軌跡恰好與MN相切時,為臨界條件,粒子軌跡如圖所示,根據(jù)幾何知識可得
,,故,,解得,又知道,解得,若使粒子從圓弧MN上射出,故,即,故B不可能.
【點睛】本題考查了粒子在磁場中的運動,關(guān)鍵是找出臨界條件,找到圓心位置
4、,由幾何關(guān)系求半徑,由洛倫茲力提供向心力得到磁感應(yīng)強度,這是帶電粒子在磁場中運動經(jīng)常用到的解題思路.
4.(2016·福建模擬)如圖所示,半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)分布著垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,半圓的左邊垂直x軸放置一粒子發(fā)射裝置,在-R≤y≤R的區(qū)間內(nèi)各處均沿x軸正方向同時發(fā)射出一個帶正電粒子,粒子質(zhì)量均為m、電荷量均為q、初速度均為v,重力忽略不計,所有粒子均能穿過磁場到達y軸,其中最后到達y軸的粒子比最先到達y軸的粒子晚△t時間,則( ?。?
A.粒子到達y軸的位置一定各不相同
B.磁場區(qū)域半徑R應(yīng)滿足R≤
C.從x軸入射的粒子最先到達y軸
D.△t=
5、-R/v,其中角度θ為最后到達y軸的粒子在磁場中運動軌跡所對應(yīng)的圓心角,滿足sinθ=
【參考答案】BD
【名師解析】粒子射入磁場后做勻速圓周運動,其運動軌跡如圖所示。y=±R的粒子直接沿直線做勻速運動到達y軸,其它粒子在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由圖可知,發(fā)生偏轉(zhuǎn)的粒子也有可能打在y=R的位置上,所以粒子到達y軸的位置不是各不相同的,選項A錯誤;以沿x軸射入的粒子為例,若r= <R,則粒子未能達到y(tǒng)軸就偏向上離開磁場區(qū)域,所以要求R≤,所有粒子才能穿過磁場到達y軸,選項B正確;從x軸入射的粒子在磁場中運動軌跡對應(yīng)的弧長最長,所以該粒子最后到達y軸,而y=±R的粒子直接沿直線做
6、勻速運動到達y軸,時間最短,選項C錯誤;由qvB=m,解得r=。從x軸入射的粒子運動時間為:t1==,y=±R的粒子直接沿直線做勻速運動到達y軸,時間最短,則t2=R/v,所以△t=t1-t2=-R/v ,其中角度θ為從x軸入射的粒子運動軌跡對應(yīng)的圓心角,滿足sinθ=R/r=,選項D正確.
【點評】此題是相同速率的帶電粒子從圓弧形邊界進入磁場的情景,從不同位置進入磁場的粒子軌跡半徑相同,軌跡所對的圓心角、圓心、弧長不同。
5. 如圖所示,長方形abcd長ad=0.6m,寬ab=0.3m,O、e分別是ad、bc的中點,以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場(邊界上無磁場
7、),磁感應(yīng)強度B=0.25T.一群不計重力、質(zhì)量m=3×10-7kg、電荷量q=+2×10-3C的帶電粒子以速度v=5×l02m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場射人磁場區(qū)域( )
A. 從Od邊射入的粒子,出射點全部分布在Oa邊
B. 從aO邊射入的粒子,出射點全部分布在ab邊
C. 從Od邊射入的粒子,出射點分布在Oa邊和ab邊
D.從aO邊射入的粒子,出射點分布在ab邊和bc邊
【參考答案】D
二.計算題
1.如圖所示,長方形abcd長ad=0.6m,寬ab=0.3m,O、e分別是ad、bc的中點,以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直于紙面向里的
8、勻強磁場(邊界上無磁場),磁感應(yīng)強度B=0.25T.一群不計重力、質(zhì)量m=3×10-7kg、電荷量q=+2×10-3C的帶電粒子.以速度v=5×102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場射入磁場區(qū)域,不考慮粒子的重力的相互作用.問:
(1)若從O點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出,求空間所加電場的大小和方向.
(2)若只有磁場時,某帶電粒子從O點射入,求該粒子從長方形abcd射出的位置.
【名師解析】:
(1)若從O點射入的帶電粒子剛好沿Oe直線射出,電場力與洛倫茲力必須平衡,由左手定則判斷得知:洛倫茲力方向豎直向上,則電場力必須平行與bc向下,粒子帶正電
9、,電場方向也豎直向下.且有
qE=qvB
解得,E=vB=5×102×0.25N=125N/C
帶電粒子進入磁場時所受的洛倫茲力向上,則粒子軌跡的圓心為a點.設(shè)粒子從ae弧上f點射出磁場
∵aO=af=r,Of=r,
∴△aOf是等邊三角形,∠faO=60°
粒子經(jīng)過磁場速度的偏向角θ=∠faO=60°
根據(jù)幾何知識得:
eg=r(1-cos60°)+(r-rsin60°)tan60°=(-1)r=0.732×0.3m=0.22m
故帶電粒子從e點上方距離e點0.22m射出磁場.
2.
10、勻強磁場區(qū)域由一個半徑為R的半圓和一個長為2R、寬為的矩形組成,磁場的方向如圖所示。一束質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(粒子間的相互作用和重力均不計)以速度v從邊界AN的中點P垂直于AN和磁場方向射入磁場中。問:
(1)當(dāng)磁感應(yīng)強度為多大時,粒子恰好從A點射出?
(2)對應(yīng)于粒子可能射出的各段磁場邊界,磁感應(yīng)強度應(yīng)滿足什么條件?
【名師解析】(1)由左手定則判定,粒子向左偏轉(zhuǎn),只能從PA、AC和CD三段邊界射出,如圖所示。當(dāng)粒子從A點射出時,運動半徑r1=。
由qvB1=,得B1=
3.(2016`山東濟南期末)如圖所示的xOy平面上,以坐標(biāo)原點O為圓心的四分之一圓形區(qū)域M
11、ON內(nèi)分布著磁感應(yīng)強度為B=2.0×10-3T的勻強磁場,其中M、N點距坐標(biāo)原點O的距離為m,磁場方向垂直紙面向里.坐標(biāo)原點O處有一個粒子源,不斷地向xOy平面發(fā)射比荷為=5×107 C/kg的帶正電粒子,它們的速度大小都是v=1×105m/s,與x軸正方向的夾角分布在0~90°范圍內(nèi).
(1)求平行于x軸射入的粒子,出射點的位置及在磁場中的運動時間;
(2)求恰好從M點射出的粒子,從粒子源O發(fā)射時的速度與x軸正向的夾角;
(3)若粒子進入磁場前經(jīng)加速使其動能增加為原來的2倍,仍從O點垂直磁場方向射入第一象限,求粒子在磁場中運動的時間t與射入時
12、與x軸正向的夾角的關(guān)系.
【名師解析】.(1)平行于x軸射入的粒子,軌跡如圖所示,設(shè)出射點為P,
由得:
m=1m。
有幾何關(guān)系可知:O1P= O1O=1m,OP=m,則△O1O P為等腰直角三角形
x=y=1m,;故P點坐標(biāo)為(1m,1m),
運動時間為 s。
(2)由幾何關(guān)系可知:O2M=O2O=1m,OM=m,則△O2O M為等腰直角三角形
∠O2O M=45°,則從粒子源O發(fā)射時的速度與x軸正向的夾角為45°。
(3) 由,可知:,,R’=R= m .
若粒子從M點出射時OM= R’, △O3O M為正三角形,圓心角,出射角;
若粒子從弧MN上射出時,弦長均為m,圓心角均為,運動時間均為:,
故時:
若粒子從邊OM出射時,如圖,,
運動時間s,
故時:s..
我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài),需要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式,改變粗放式增長模式,不斷優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu),實現(xiàn)經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展,推進新型城鎮(zhèn)化,推動城鄉(xiāng)發(fā)展一體化因:我國經(jīng)濟發(fā)展還面臨區(qū)域發(fā)展不平衡、城鎮(zhèn)化水平不高、城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡不協(xié)調(diào)等現(xiàn)實挑戰(zhàn)。