如圖所示，有一軸線水平且垂直紙面的固定絕緣彈性圓筒，圓筒壁光滑，筒內(nèi)有沿軸線向里的勻強(qiáng)磁場B，O是筒的圓心，圓筒的內(nèi)半徑r=0.40m。在圓筒底部有一小孔a（只能容一個粒子通過）。圓筒下方一個帶正電的粒子經(jīng)電場加速后（加速電場未畫出），以v=2×104m/s的速度從a孔垂直磁場B并正對著圓心O進(jìn)入筒中，該帶電粒子與圓筒壁碰撞四次后恰好又從小孔a射出圓筒.已知該帶電粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞時電量和能量都不損失，不計粒子的重力和空氣阻力，粒子的荷質(zhì)比q/m=5×107(C/kg)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B多大（結(jié)果允許含有三角函數(shù)式）？

帶電粒子在磁場中作勻速圓周運(yùn)動，（1）（2分）
得：       （2）……（2分）

由于帶電粒子與圓筒壁碰撞時無電量和能量損失，那么每次碰撞前后粒子速度大小不變、速度方向總是沿著圓筒半徑方向，4個碰撞點(diǎn)與小孔a恰好將圓筒壁五等分，粒子在圓筒內(nèi)的軌跡具有對稱性，由5段相同的圓弧組成，設(shè)每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為，則由幾何關(guān)系可得：
     （3）……（3分）有兩種情形符合題意（如圖所示）：
（1）情形1：每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為 ……（2分）

聯(lián)立（2）（3）并代入值得：（4）……（2分）
將數(shù)據(jù)代入(4)式得：
（5）……（2分）
（2）情形2：每段軌跡圓弧對應(yīng)的圓心角為       ……（3分）
聯(lián)立（2）（3）并代入值及數(shù)據(jù)得：
 （6）……（2分）
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源：不詳 題型：填空題

如圖所示，在POQ區(qū)域內(nèi)分布有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向里，有一束負(fù)離子流沿紙面垂直于磁場邊界OQ方向從A點(diǎn)射入磁場，已知OA＝s，∠POQ=450，負(fù)離子的質(zhì)量為m，帶電荷量的絕對值為q，要使負(fù)離子不從OP邊射出，負(fù)離子進(jìn)入磁場時的速度最大不能超過       。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（10分）如圖所示，虛線所圍圓形區(qū)域內(nèi)有方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場，電子束經(jīng)過磁場區(qū)后，其運(yùn)動的方向與原入射方向成角．設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計電子之間的相互作用力及所受的重力．求：
（1）電子在磁場中運(yùn)動的時間t
（2）圓形磁場區(qū)域的半徑r．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，在直角坐標(biāo)系XOY平面內(nèi),在Y＞0處有與X軸成60°角的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小E=103v/m，在Y＜0處有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T。現(xiàn)從t=0時刻在坐標(biāo)為(0,10cm)的P點(diǎn)由靜止釋放一比荷為104C/kg的帶正電的微粒A，不計微粒的重力。求：

（1）微粒進(jìn)入磁場后在磁場中運(yùn)動的半徑；
（2）第二次穿過X軸的時刻；
（3）在釋放微粒A后又在電場中由靜止釋放另一個與A完全相同的微粒B，若要使微粒A在第二次穿過X軸到第三次穿過X軸的時間內(nèi)與微粒B相遇，求微粒B釋放的時刻和釋放的位置。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，空間分布著方向平行于紙面且與場區(qū)邊界垂直的有界勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E、寬度為L。在緊靠電場右側(cè)的圓形區(qū)域內(nèi)，分布著垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，圓形磁場區(qū)域半徑為r。當(dāng)一帶正電的粒子（質(zhì)量為m，電荷量為q）從A點(diǎn)靜止釋放后，在M點(diǎn)離開電場，并沿半徑方向射入磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，粒子恰好從N點(diǎn)射出，O為圓心，∠MON＝120°，粒子重力忽略不計。求：

（1）粒子經(jīng)電場加速后，進(jìn)入磁場時速度v的大�。�
（2）勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和粒子在電場、磁場中運(yùn)動的總時間t；
（3）若粒子在離開磁場前某時刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不變，大小突然變?yōu)锽1，此后粒子恰好被束縛在該磁場中，則B1的最小值為多少？

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖所示，為一圓形區(qū)域的勻強(qiáng)磁場，在Ｏ點(diǎn)處有一放射源，沿半徑方向射出速率為的不同帶電粒子，其中帶電粒子1從A點(diǎn)飛出磁場，帶電粒子2從B點(diǎn)飛出磁場，不考慮帶電粒子的重力．則（     ）
A．帶電粒子1的比荷與帶電粒子2的比荷比值為3∶1
B．帶電粒子1的比荷與帶電粒子2的比荷比值為∶1
C．帶電粒子1與帶電粒子2在磁場中運(yùn)動時間比值為2∶1
D．帶電粒子1與帶電粒子2在磁場中運(yùn)動時間比值為1∶2

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，在空間中有一直角坐標(biāo)系xOy，其第一象限內(nèi)充滿著兩個方向不同的勻強(qiáng)磁場區(qū)域I和II，直線OP是它們的邊界。區(qū)域I中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為2B，方向垂直紙面向里，區(qū)域II中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直垂直紙面向外，邊界上的P點(diǎn)坐標(biāo)為（3L，3L），一質(zhì)量為m，電荷量為+q的粒子從P點(diǎn)平行于y軸正方向以速度V0=射入?yún)^(qū)域I，經(jīng)區(qū)域I偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入?yún)^(qū)域II（忽略粒子重力），求：

小題1:粒子在I和II兩磁場中做圓周運(yùn)動的半徑之比；
小題2:粒子在磁場中運(yùn)動的總時間；
小題3:粒子離開磁場的位置坐標(biāo)。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

如圖所示，兩塊平行金屬板M、N正對著放置，s1、s2分別為M、N板上的小孔，s1、s2、O三點(diǎn)共線，它們的連線垂直M、N，且s2O=R..以O(shè)為圓心、R為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)同時存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場和電場強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場.D為收集板，板上各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離以及板兩端點(diǎn)的距離都為2R，板兩端點(diǎn)的連線垂直M、N板。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，經(jīng)s1進(jìn)入M、N間的電場后，通過s2進(jìn)入電磁場區(qū)域，然后沿直線打到光屏P上的s3點(diǎn).粒子在s1處的速度和粒子所受的重力均不計.求：

小題1:M、N兩板間的電壓為R；
小題2:撤去圓形區(qū)域內(nèi)的電場后，當(dāng)M、N間的電壓改為U1時，粒子恰好垂直打在收集板D的中點(diǎn)上，求電壓U1的值及粒子在磁場中的運(yùn)動時間t；
小題3:撤去圓形區(qū)域內(nèi)的電場后，改變M、N間的電壓時，粒子從s2運(yùn)動到D板經(jīng)歷的時間t會不同，求t的最小值。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（21分）如圖甲所示，在空心三棱柱CDF以外足夠大的空間中，充滿著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。三棱柱的軸線與磁場平行，截面邊長為L，三棱柱用絕緣薄板材料制成，其內(nèi)部有平行于CD側(cè)面的金屬板P、Q，兩金屬板間的距離為d，P板帶正電，Q板帶負(fù)電，Q板中心有一小孔，P板上與小孔正對的位置有一個粒子源S，從S處可以發(fā)出初速度為0、帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，這些粒子與三棱柱側(cè)面碰撞時無能量損失。試求：
（1）為使從S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)，P、Q之間的電壓U應(yīng)滿足什么條件?（Q與CD之間距離不計）
（2）粒子從S點(diǎn)出發(fā)又回到S點(diǎn)的最短時間是多少?
（3）若磁場是半徑為a的圓柱形區(qū)域，如圖乙所示，圓柱的軸線與三棱柱的軸線重合，且a＝（＋）L，要使S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)，則P、Q之間的電壓不能超過多少?

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