高中物理高考物理速度选择器和回旋加速器的技巧及练习题及练习题

高中物理高考物理速度选择器和回旋加速器的技巧及练习题及练习题

一、速度选择器和回旋加速器

1．如图所示，两平行金属板AB 中间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场。A 板带正电荷，B 板带等量负电荷，电场强度为E ；磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B 1。平行金属板右侧有一挡板M ，中间有小孔O ′，OO ′是平行于两金属板的中心线。挡板右侧有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B 2，CD 为磁场B 2边界上的一绝缘板，它与M 板的夹角θ=45°，现有大量质量均为m ，电荷量为q 的带正电的粒子(不计重力)，自O 点沿OO ′方向水平向右进入电磁场区域，其中有些粒子沿直线OO ′方向运动，通过小孔O ′进入匀强磁场B 2，如果这些粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点(E 点未画出)，求：

(1)能进入匀强磁场B 2的带电粒子的初速度v ； (2)CE 的长度L

(3)粒子在磁场B 2中的运动时间．

【答案】(1)1 E B (2) 12

2mE qB B (3) 2m qB π 【解析】 【详解】

(1)沿直线OO ′运动的带电粒子，设进入匀强磁场B 2的带电粒子的速度为v ， 根据

B 1qv =qE

解得：

v =

1

E

B (2)粒子在磁感应强度为B 2磁场中做匀速圆周运动，故：

2

2v qvB m r

=

解得：

r =2mv qB =12

mE qB B 该粒子恰好以竖直向下的速度打在CD 板上的E 点，CE 的长度为：

L =

45r sin =2r 12

2mE

(3) 粒子做匀速圆周运动的周期2

m

T qB

π= 2t m qB

π

=

2．如图所示：在两个水平平行金属极板间存在着向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场强度和磁感应强度的大小分别为E =1×103N/C 和B 1=0.02T ，极板长度L =0.4m ，间距足够大。在极板的右侧还存在着另一圆形匀强磁场区域，磁场的方向垂直纸面向外，圆形磁场的圆心O 位于平行金属板的中线上，圆形磁场的半径R =0.6m 。有一带正电的粒子以一定初速度v 0沿极板中线水平向右飞入极板间恰好做匀速直线运动，然后进入圆形匀强磁场区域，飞出后速度方向偏转了74°，不计粒子重力，粒子的比荷q

m

=3.125×106C/kg ，sin37°=0.6,cos37°=0.8，5≈2.24。求： （1）粒子初速度v 0的大小；

（2）圆形匀强磁场区域的磁感应强度B 2的大小；

（3）在其他条件都不变的情况下，将极板间的磁场撤去，为使粒子飞出极板后不能进入圆形磁场，则圆形磁场的圆心O 离极板右边缘的水平距离d 应该满足的条件。

【答案】（1）v 0=5×104m/s ；（2）B 2=0.02T ；（3） 1.144m d ≥。 【解析】 【详解】

（1）粒子在电场和磁场中匀速运动，洛伦兹力与电场力平衡

qv 0B 1=Eq

带电粒子初速度

v 0=5×104m/s

（2）带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力

20

02v qv B m r

=

轨迹如图所示：

由几何关系，带电粒子做圆周运动的半径为

4

0.8m

tan 373

R r R =

==︒

联立解得：

B 2=0.02T

（3）带电粒子在电场中做类平抛运动 水平方向

0L v t =⋅

竖直方向

212

y at =

由牛顿第二定律

qE ma =

粒子飞出极板后不能进入圆形磁场即轨迹刚好与圆形磁场相切，如图所示：

由几何关系 ，利用三角形相似，有：

22

()22

L y y R

d +=+

解得

1.144m d =，

若想带电粒子不能飞入圆形磁场，应满足 1.144m d ≥。

3．如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y 轴正方向，磁场方向垂直于xy 平面（纸面）向外，电场E 和磁场B 都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。一带正电的粒子质量为m 、电荷量为q 从P (x =0，y =h )点以一定的速度平行于x 轴正向入射。这时若只有磁场，粒子将做半径为R 0的圆周运动；若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动．求：

（1）若只有磁场，粒子做圆周运动的半径R 0大小； （2）若同时存在电场和磁场，粒子的速度0v 大小；

（3）现在，只加电场，当粒子从P 点运动到x =R 0平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与x 轴交于M 点。（不计重力）。粒子到达x =R 0平面时速度v 大小以及粒子到x 轴的距离； （4）M 点的横坐标x M 。

【答案】（1）0mv qB （2）E B （302v ，02R h +（4）2

2000724

M x R R R h h =++-【解析】 【详解】

（1）若只有磁场，粒子做圆周运动有：2

00

qB m R =v v

解得粒子做圆周运动的半径0

0m R qB

ν=

（2）若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动，则有：0qE qB =v 解得粒子的速度0E v B

=

（3）只有电场时，粒子做类平抛，有：

00y qE ma R v a t v t

=== 解得：0y v v =