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        1. 精英家教網(wǎng)如圖所示,在 xOy 平面的第一、四象限內(nèi)存在著方向垂直紙面向外,磁感應強度為 B 的勻強磁場,在第四象限內(nèi)存在方向沿-y 方向、電場強度為 E  的勻強電場.從 y 軸上坐標為(0,a)的 P 點向磁場區(qū)發(fā)射速度大小不等的帶正電同種粒子,速度方向范圍是與+y 方向成30°-150°角,且在 xOy 平面內(nèi).結(jié)果所有粒子經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后都垂直打到 x 軸上,然后進入第四象限內(nèi)的正交電磁場區(qū).已知帶電粒子電量為+q,質(zhì)量為 m,粒子重力不計.
          (1)所有通過第一象限磁場區(qū)的粒子中,求粒子經(jīng)歷的最短時間與最長時間的比值;
          (2)求粒子打到 x 軸上的范圍;
          (3)從 x 軸上 x=a 點射入第四象限的粒子穿過正交電磁場后從 y 軸上 y=-b 的 Q 點射出電磁場,求該粒子射出電磁場時的速度大。
          分析:(1)、先找出兩個邊界上的粒子,分析在第一象限內(nèi)的運動情況,可知與y軸正方向成30°的粒子運動時間最長,與y軸正方向成150°的粒子運動時間最短.利用帶電粒子在有邊界的勻強磁場中做圓周時的時間確定方法可求出最長時間和最短時間,從而可求出時間比.
          (2)、利用帶電粒子在有邊界的勻強磁場中做圓周運動時確定圓心和半徑的方法,分別求出兩種粒子經(jīng)過x軸時距坐標原點的距離,從而可表示出粒子打到 x 軸上的范圍.
          (3)、因粒子是垂直x軸射入第四象限的,所以也是垂直于y軸射入第一象限的,由此可判斷在第一象限內(nèi)運動的半徑為a,從而可求出射入第一象限時的速度,在第四象限內(nèi)運動時,電場力做正功,使電勢能轉(zhuǎn)化為動能,洛倫茲力不做功,由動能定理即可求出經(jīng)y軸的負方向射出第四象限時的速度.
          解答:解:
          (1)、各種離子在第一象限內(nèi)運動時,與y軸正方向成30°的粒子運動時間最長,時間為:
          tmax=
          5
          6
          π
          T=
          5
          12
          T
          …①
          與y軸正方向成150°的粒子運動時間最短,時間為:
          tmin=
          π
          6
          T=
          T
          12
          …②
          ①②兩式聯(lián)立得:
          tmin
          tmax
          =
          1
          5

          (2)、設帶電粒子射入方向與y軸夾角成150°時的軌道半徑為R1,由幾何關系有:
          R1=
          a
          sin30°
          = 2a

          帶電粒子經(jīng)過的最左邊為:x1=R1(1-cos30°)=(2-
          3
          )a

          設帶電粒子射入方向與y軸夾角30°時的軌道半徑為R2,由幾何關系有:
          R2=
          a
          sin30°
          = 2a

          帶電粒子經(jīng)過的最右邊為:
          x2=R2(1+cos30°)=(2+
          3
          )a

          所以粒子打到 x 軸上的范圍范圍是:
          (2-
          3
          )a≤x≤(2+
          3
          )a

          (3)帶電粒子在第一象限的磁場中有:
          qv0B=m
          v
          2
          0
          R

          由題意知:R=a
          帶電粒子在第四象限中運動過程中,電場力做功轉(zhuǎn)化為帶電粒子的動能,設經(jīng)過Q點是的速度為v,由動能定理由:
          qEb=
          1
          2
          mv2-
          1
          2
          m
          v
          2
          0

          解得:v=
          q2B2a2
          m2
          +
          2qEb
          m

          答:(1)所有通過第一象限磁場區(qū)的粒子中,求粒子經(jīng)歷的最短時間與最長時間的比值為
          1
          5

          (2)求粒子打到 x 軸上的范圍為(2-
          3
          )a≤x≤(2+
          3
          )a

          (3)該粒子射出電磁場時的速度大小為
          q2B2a2
          m2
          +
          2qEb
          m
          點評:解答本題的關鍵是確定帶電粒子在有邊界的勻強磁場中做勻速圓周運動的圓心、半徑及運動時間,具體確定方法為:
          ①、圓心的確定:因為洛倫茲力提供向心力,所以洛倫茲力總是垂直于速度的方向,畫出帶電粒子運動軌跡中任意兩點(一般是射入磁場和射出磁場的兩點)洛倫茲力的方向,其延長線的交點即為圓心.
          ②、半徑的確定:半徑一般都是在確定圓心的基礎上用平面幾何的知識求解,常常用到解三角形,尤其是直角三角形.
          ③、運動時間的確定:利用圓心角與弦切角的關系或者四邊形的內(nèi)角和等于360°計算出粒子所經(jīng)過的圓心角θ的大小,用公式t=
          θ
          360°
          T
          可求出運動時間.
          還有就是要明確洛倫茲力對運動電荷不做功,電場力對電荷做功的過程是電勢能與動能間的互化過程.
          練習冊系列答案
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          (2013?安徽模擬)如圖所示,在xoy平面上,直線OM與x軸正方向夾角為45°,直線OM左側(cè)存在平行y軸的勻強電場,方向沿y軸負方向.直線OM右側(cè)存在垂直xoy平面向里的磁感應強度為B的勻強磁場.一帶電量為q質(zhì)量為m帶正電的粒子(忽略重力)從原點O沿x軸正方向以速度vo射入磁場.此后,粒子穿過磁場與電場的邊界三次,恰好從電場中回到原點O.(粒子通過邊界時,其運動不受邊界的影響)試求:
          (1)粒子第一次在磁場中做圓周運動的半徑;
          (2)勻強電場的強度;
          (3)粒子從O點射出至回到O點的時間.

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          (1)粒子到達P點時的速度v;
          (2)勻強電場的電場強度E和勻強磁場的磁感應強度B;
          (3)粒子從M點運動到P點所用的時間t.

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          (2012?南通一模)如圖所示,在xoy平面內(nèi)第二象限的某區(qū)域存在一個矩形勻強磁場區(qū),磁場方向垂直xoy平面向里,邊界分別平行于x軸和y軸.一電荷量為e、質(zhì)量為m的電子,從坐標原點O以速度v0射入第二象限,速度方向與y軸正方向成45°角,經(jīng)過磁場偏轉(zhuǎn)后,通過P(0,a)點,速度方向垂直于y軸,不計電子的重力.
          (1)若磁場的磁感應強度大小為B0,求電子在磁場中的運動時間t;
          (2)為使電子完成上述運動,求磁感應強度B的大小應滿足的條件;
          (3)若電子到達y軸上P點時,撤去矩形勻強磁場,同時在y軸右側(cè)加方向垂直xoy平面向里的勻強磁場,磁感應強度大小為B1,在y軸左側(cè)加方向垂直xoy平面向里的勻強磁場,電子在第(k+1)次從左向右經(jīng)過y軸(經(jīng)過P點為第1次)時恰好通過坐標原點,求y軸左側(cè)磁場磁感應強度的大小B2及上述過程電子的運動時間t.

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          精英家教網(wǎng)如圖所示,在xOy平面的第Ⅱ象限內(nèi)有半徑為R的圓分別與x軸、y軸相切于P、Q 兩點,圓內(nèi)存在垂直于xOy平面向外的勻強磁場.在第I象限內(nèi)存在沿y軸負方向的勻強電場,電場強度為E,一帶正電的粒子(重力不計)以速率v0從P點射入磁場后恰好垂直y軸進入電場,最后從M(
          8R
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          ,求:
          (1)帶電粒子的比荷;
          (2)磁場磁感應強度的大小B;
          (3)若粒子從P點入射方向與x軸負方向的夾角為θ,則cosθ之值為多少?

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