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(2014•昌平区二模)如图所示,在x-y-z三维坐标系的空间,在x轴上距离坐标原点x0=0.1m处,垂直于x轴放置一足够大的感光片.现有一带正电的微粒,所带电荷量q=1.6×10-16C,质量m=3.2×10-22kg,
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(2014•昌平区二模)如图所示,在x-y-z三维坐标系的空间,在x轴上距离坐标原点x0=0.1m处,垂直于x轴放置一足够大的感光片.现有一带正电的微粒,所带电荷量q=1.6×10-16C,质量m=3.2×10-22kg,以初速度v0=1.0×104m/s从O点沿x轴正方向射入.不计微粒所受重力.
(1)若在x≥0空间加一沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104V/m,求带电微粒打在感光片上的点到x轴的距离;
(2)若在该空间去掉电场,改加一沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,求带电微粒从O点运动到感光片的时间;
(3)若在该空间同时加沿y轴正方向的匀强电场和匀强磁场,电场强度、磁场强度大小仍然分别是E=1.0×104V/m和B=0.1T,求带电微粒打在感光片上的位置坐标x、y、z分别为多少.
(1)若在x≥0空间加一沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104V/m,求带电微粒打在感光片上的点到x轴的距离;
(2)若在该空间去掉电场,改加一沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,求带电微粒从O点运动到感光片的时间;
(3)若在该空间同时加沿y轴正方向的匀强电场和匀强磁场,电场强度、磁场强度大小仍然分别是E=1.0×104V/m和B=0.1T,求带电微粒打在感光片上的位置坐标x、y、z分别为多少.
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答案和解析
(1)设带电微粒在电场中运动时间为t1,打在感光片上的点到x轴的距离为y1,则a=
t1=
y1=
at12
联立并代入数据得:y1=0.25m
(2)设带电粒子在匀强磁场中运动的轨道半径为R,运动周期为T,从O点运动到感光片的时间为t2,运动轨迹如图所示,则
由qvB=m
得:R=
=0.2m
由sinθ=
得:θ=
由qvB=m(
)2R
得:T=
t2=
•T=1.05×10-5s
(3)带电粒子在匀强电、磁场中,沿y轴做匀加速直线运动,在垂直于y轴平面做匀速圆周运动.
设带电粒子打在感光片点的坐标为(x、y、z),则:
x=x0=0.10m
y=
a
=0.276m=0.28m
z=R-Rcosθ=0.0268m=0.027m
答:(1)若在x≥0空间加一沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104V/m,带电微粒打在感光片上的点到x轴的距离为0.25m;
(2)若在该空间去掉电场,改加一沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,带电微粒从O点运动到感光片的时间为1.05×10-5s;
(3)若在该空间同时加沿y轴正方向的匀强电场和匀强磁场,电场强度、磁场强度大小仍然分别是E=1.0×104V/m和B=0.1T,求带电微粒打在感光片上的位置坐标x、y、z分别为0.10m,0.28m,0.027m.
qE |
m |
t1=
x0 |
v0 |
y1=
1 |
2 |
联立并代入数据得:y1=0.25m
(2)设带电粒子在匀强磁场中运动的轨道半径为R,运动周期为T,从O点运动到感光片的时间为t2,运动轨迹如图所示,则
由qvB=m
v2 |
R |
得:R=
mv0 |
qB |
由sinθ=
x0 |
R |
得:θ=
π |
6 |
由qvB=m(
2π |
T |
得:T=
2πm |
qB |
t2=
θ |
2π |
(3)带电粒子在匀强电、磁场中,沿y轴做匀加速直线运动,在垂直于y轴平面做匀速圆周运动.
设带电粒子打在感光片点的坐标为(x、y、z),则:
x=x0=0.10m
y=
1 |
2 |
t | 2 2 |
z=R-Rcosθ=0.0268m=0.027m
答:(1)若在x≥0空间加一沿y轴正方向的匀强电场,电场强度大小E=1.0×104V/m,带电微粒打在感光片上的点到x轴的距离为0.25m;
(2)若在该空间去掉电场,改加一沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小B=0.1T,带电微粒从O点运动到感光片的时间为1.05×10-5s;
(3)若在该空间同时加沿y轴正方向的匀强电场和匀强磁场,电场强度、磁场强度大小仍然分别是E=1.0×104V/m和B=0.1T,求带电微粒打在感光片上的位置坐标x、y、z分别为0.10m,0.28m,0.027m.
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