【題目】如圖所示,軸右邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng),軸左邊存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng),它們的方同皆垂直紙面向里.在原點(diǎn)處,一個(gè)帶正電的電荷量為、質(zhì)量為的粒子,在時(shí)以大小為的初速度沿正軸方向運(yùn)動(dòng),在粒子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后,另一質(zhì)量和電荷量都與相同的粒子,從原點(diǎn)以大小為的初速度沿負(fù)軸方向開(kāi)始運(yùn)動(dòng).要想使能在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相遇,試分析和計(jì)算它們出發(fā)的時(shí)間差的最小值,并求出與此對(duì)應(yīng)的相遇地點(diǎn)的坐標(biāo).設(shè)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域都處于真空中,且不考慮重力及兩粒子之間的相互作用力.

【答案】;,

【解析】

帶電荷量為、質(zhì)量為、初速度為的粒子,當(dāng)它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),如果其初速度的方向與磁場(chǎng)方向垂直,由洛侖茲力和牛頓定律可知,它將在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).令分別表示其周期和軌道半徑,則有

由此求得 ,

把這些結(jié)論用到本題中,可知粒子開(kāi)始在第一象限中運(yùn)動(dòng)(軸以右),有

,

經(jīng)半個(gè)周期(即)后,進(jìn)入第二、三象限中(軸以左),周期和軌道半徑變?yōu)?/span>

,

以后就按此模式在平面內(nèi)沿圖乙中的虛線運(yùn)動(dòng).

同理,粒子開(kāi)始在第三象限(軸以左)中運(yùn)動(dòng),有

,

經(jīng)半個(gè)周期(即)后,進(jìn)入第四象限(軸以右)運(yùn)動(dòng),周期和軌道半徑變?yōu)?/span>

,

以后就按此模式在平面內(nèi)沿圖中實(shí)線運(yùn)動(dòng).由以上分析可知,只要在右邊,不管是還是,周期皆為;只要在左邊,周期皆為

由圖乙可見(jiàn),只有在兩軌跡交叉或相切的那些點(diǎn),才有相遇的可能性.為求得題中所說(shuō)的時(shí)間差的最小值,下面我們先假設(shè),如果、同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng),分析經(jīng)過(guò)哪個(gè)交叉或相切點(diǎn)時(shí)兩者的時(shí)間差最短,則這個(gè)時(shí)間差就應(yīng)當(dāng)?shù)扔陬}中所說(shuō)的要在此交叉或相切點(diǎn)能相遇時(shí),兩者出發(fā)時(shí)間的時(shí)間差.為此,結(jié)合圖乙分別考查、的運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)分析就可看出,在之間的那個(gè)交叉點(diǎn)(圖乙中的點(diǎn))處,、通過(guò)它的時(shí)間差最短(在以前和以后的那些交叉或相切點(diǎn),、通過(guò)時(shí)的時(shí)間差都較長(zhǎng)).

為了定量地求出此時(shí)間差,取負(fù)軸上距原點(diǎn)(即)處為新的原點(diǎn),如圖所示.取時(shí)間為新的起始計(jì)時(shí)時(shí)刻,對(duì)表示,對(duì)表示.在軸以左、的周期相同,所以角速度亦相同,以表示軸以左的角速度,有

對(duì),有

對(duì),有

,

對(duì)點(diǎn)應(yīng)有

由以上各式可解得所求的時(shí)間差應(yīng)為

這個(gè)結(jié)果說(shuō)明,如、同時(shí)出發(fā),則時(shí)間通過(guò)點(diǎn).換成題目的要求,就應(yīng)當(dāng)說(shuō),要、相遇,則的出發(fā)時(shí)間應(yīng)比

由以上各式還可求得點(diǎn)的坐標(biāo)為

換為坐標(biāo)系,有

類(lèi)似于本題中的粒子在軸方向的漂移運(yùn)動(dòng),是研究帶電粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常討論的問(wèn)題之一.討論這一問(wèn)題必然會(huì)涉及帶電粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在時(shí)間與空間問(wèn)題上的周期性討論,有時(shí)候這類(lèi)問(wèn)題看上去只是幾何關(guān)系的尋找,有點(diǎn)類(lèi)似于行程與相遇問(wèn)題而被我們輕視,但這一關(guān)系卻往往會(huì)成為我們解答問(wèn)題的瓶頸.

處理這類(lèi)問(wèn)題,我們雖然有跟著過(guò)程走的口訣,但在具體的執(zhí)行過(guò)程中,我們有時(shí)很難堅(jiān)持做到.平時(shí)訓(xùn)練時(shí),對(duì)這類(lèi)試題一定不要覺(jué)得簡(jiǎn)單而厭煩其過(guò)程分析,避免在考試時(shí)出現(xiàn)在心理上回避此類(lèi)問(wèn)題的情況.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】近代的材料生產(chǎn)和微加工技術(shù),可制造出一種使電子的運(yùn)動(dòng)限制在半導(dǎo)體的一個(gè)平面內(nèi)(二維)的微結(jié)構(gòu)器件,且可做到電子在器件中像子彈一樣飛行,不受雜質(zhì)原子散射的影響.這種特點(diǎn)可望有新的應(yīng)用價(jià)值.圖甲所示為四端十字形.二維電子氣半導(dǎo)體,當(dāng)電流從1端進(jìn)入時(shí),通過(guò)控制磁場(chǎng)的作用,可使電流從234端流出.對(duì)下面模擬結(jié)構(gòu)的研究,有助于理解電流在上述四端十字形導(dǎo)體中的流動(dòng).在圖乙中,、、為四根半徑都為的圓柱體的橫截面,彼此靠得很近,形成四個(gè)寬度極窄的狹縫12、3、4,在這些狹縫和四個(gè)圓柱所包圍的空間(設(shè)為真空)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面指向紙內(nèi).以表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大。粋(gè)質(zhì)量為、電荷量為的帶正電的粒子,在紙面內(nèi)以速度沿與都相切的方向由縫1射入磁場(chǎng)內(nèi),設(shè)粒子與圓柱表面只發(fā)生一次碰撞,碰撞是彈性的,碰撞時(shí)間極短,且碰撞不改變粒子的電荷量,也不受摩擦力作用.試求為何值時(shí),該粒子能從縫2處且沿與、都相切的方向射出?

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】讀世界部分地區(qū)示意圖。完成下列各題。

1關(guān)于圖中洋流描述正確的有

①主要屬于中高緯度環(huán)流

②主要是副熱帶環(huán)流

③P處有一大型漁場(chǎng)

④E洋流對(duì)沿岸地區(qū)降溫減濕

A.①②B.①③C.②③D.②④

2受E洋流影響較大的地區(qū)主要農(nóng)業(yè)地域類(lèi)型是

A.地中海式農(nóng)業(yè)B.乳畜業(yè)C.商品谷物農(nóng)業(yè)D.水稻種植業(yè)

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】下圖為2001年、2025年(預(yù)測(cè))全球各大洲和地區(qū)人口數(shù)據(jù)(單位:百萬(wàn)人)圖。據(jù)此完成下面小題。

12001~2025年,人口增長(zhǎng)最快的兩個(gè)大洲或地區(qū)是(  )

A. 大洋洲和歐洲 B. 亞洲和大洋洲

C. 非洲和拉丁美洲 D. 北美和拉丁美洲

2“人口數(shù)量及變化既是機(jī)遇,也是挑戰(zhàn)”,下列敘述正確的是(  )

A. 非洲資源豐富,經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)快,人口壓力將得到緩解

B. 歐洲人口增長(zhǎng)緩慢,導(dǎo)致歐債危機(jī)等一系列發(fā)展問(wèn)題

C. 以中國(guó)為代表的亞洲地區(qū)城市化迅速,人口壓力變小

D. 北美地區(qū)人口增長(zhǎng)緩慢,移民對(duì)區(qū)域發(fā)展的貢獻(xiàn)很大

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】讀下圖,完成下面小題。

1為解決該地區(qū)能源短缺的問(wèn)題,不正確的措施是

A.利用太陽(yáng)能B.利用風(fēng)力發(fā)電C.營(yíng)造速生薪炭林D.資源跨區(qū)域調(diào)配

2造成該地區(qū)荒漠化的最主要原因是

A.過(guò)度樵采B.過(guò)度放牧C.過(guò)度農(nóng)墾D.水資源利用不當(dāng)

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示的磁流體發(fā)電機(jī),兩金屬板間距為,板長(zhǎng)無(wú)限,板寬為,質(zhì)量為、帶電量為、單位體積內(nèi)個(gè)數(shù)為的粒子和質(zhì)量為、帶電量為、單位體積內(nèi)個(gè)數(shù)為的粒子,均以速度、沿著與板面平行的方向射入兩板間.兩板間還有與粒子速度方向垂直的磁場(chǎng),其磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足.若以表示發(fā)電機(jī)兩極板間的電壓,試求此發(fā)電機(jī)的輸出電流的關(guān)系(不計(jì)重力)

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】下圖為我國(guó)部分省級(jí)行政區(qū)域單位2005~2010年人口凈遷移率與人口自然增長(zhǎng)率分布圖。讀圖,完成下列問(wèn)題。

1有關(guān)我國(guó)部分省級(jí)行政區(qū)域單位2005~2010年人口變化狀況的敘述,正確的是(  )

①江西省凈遷入人口數(shù)增加

②天津人口增長(zhǎng)率大于四川

③廣東人口自然增長(zhǎng)人口數(shù)大于凈遷入人口數(shù)

④貴州人口凈減少

A. ①② B. ③④ C. ②③ D. ①④

2圖中人口數(shù)量的變化(  )

A. 加劇了北京、上海、天津城市交通擁堵

B. 引起江西、貴州的人口合理容量增大

C. 主要增強(qiáng)了廣東、浙江第一產(chǎn)業(yè)的活力

D. 使北京、上海人口老齡化問(wèn)題更加嚴(yán)重

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】讀圖“華北地區(qū)某城市地租等值線分布示意圖”(單位:元/平方米),完成下面小題。

1圖中地租最高的序號(hào)是( 。

A.B.C.D.

2該處地租最高的主要原因是(  )

A.人口稠密、文化聲譽(yù)高

B.該處屬于中心商務(wù)區(qū)

C.位于市中心、交通便捷

D.該處多為高級(jí)住宅區(qū)

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科目:高中地理 來(lái)源: 題型:

【題目】馬爾代夫是以旅游業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)的著名島國(guó)。2014年12月4日,馬累海水淡化廠設(shè)備損毀導(dǎo)致該島淡水供應(yīng)中斷。應(yīng)馬爾代夫政府請(qǐng)求,中國(guó)政府及時(shí)向其提供了飲用水等物資和資金援助。下圖是馬爾代夫部分區(qū)域示意圖。讀下圖,回答下面小題。

1大氣降水是該國(guó)的淡水來(lái)源之一。下圖所示區(qū)域降水類(lèi)型多為(  )

A. 臺(tái)風(fēng)雨 B. 地形雨 C. 對(duì)流雨 D. 鋒面雨

2該國(guó)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題有(  )

①水土流失 ②霧霾嚴(yán)重  ③珊瑚退化、芎F矫嫔仙

A. ①② B. ①④ C. ②③ D. ③④

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同步練習(xí)冊(cè)答案