(2014•福州模拟)一半径R=0.6m的金属圆筒有一圈细窄缝,形状如图所示.圆筒右侧与一个垂直纸面向里的有界匀强磁场相

1个回答

  • 解题思路:(1)①粒子在电场中加速利用动能定理列式求解;

    ②同一个圆中,弦长越短对应弧长就越短,所用时间也就越短;找出最短弦长,画出轨迹,利用几何关系可解偏转角.

    (2)粒子射入磁场后与右边界相切时粒子经过磁场后又回到O处的半径最大,即进入磁场的速度最大,利用几何关系和牛顿第二定律列式求解即可.

    (1)①若U=750V,粒子经电场加速

    由动能定律得:qU=

    1

    2mv2

    解得:v=

    2qU

    m=

    2×1.5×105×750m/s=1.5×104m/s ①

    ②粒子在磁场中做匀速圆周运动

    由洛伦兹力提供向心力则:qvB=

    mv2

    r ②

    ①②联立得:r=

    mv

    qB=0.4m ③

    弦长越短对应弧长就越短,所用时间也就越短;

    粒子在磁场中运动轨迹对应的最短弦长L=d=0.4m ④时运动的时间最短,

    ③④得:r=L

    由几何关系得粒子飞出磁场时与右边界的夹角大小α=60°

    (2)粒子射入磁场后与右边界相切时,正极与圆筒之间电势差最大Um,由几何关系得

    rmcosθ+rm=d ⑤

    rmsinθtanθ=R ⑥

    ⑤⑥联立得:

    cosθ=0.4

    rm=

    2

    7m

    粒子在磁场中洛伦兹力提供向心力则:qvmB=m

    vm2

    rm

    解得:vm=

    3

    28×105m/s

    粒子经电场加速由动能定理得:qUm=

    1

    2mvm2

    解得:Um≈3.8×102V

    电势差U合适的范围:0<U≤3.8×102V

    答:(1)①粒子达到细缝处的速度为1.5×104m/s;②若有一粒子在磁场中运动的时间最短,此粒子飞出磁场时与右边界的夹角大小60°

    (2)电势差U合适的范围是0<U≤3.8×102V.

    点评:

    本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

    考点点评: 解决本题的关键画出粒子运动的轨迹图,理清粒子在整个过程中的运动情况,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.

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