磁场偏转
作者 : nxbi
随堂 · 电磁学
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一.单选题
(共 3 小题)
收 起
如图所示，MN是一荧光屏，当带电粒子打到荧光屏上时，荧光屏能够发光MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，P为屏上的一小孔，PQ与MN垂直一群质量为m、带电荷量q的粒子(不计重力)，以相同的速率v，从P点沿垂直于磁场方向射入磁场区域，其入射方向分布在以PQ为中心，夹角为2θ的范围内，不计粒子间的相互作用，以下说法正确的是()
A、荧光屏上将出现一圆形亮斑，其半径为
B、荧光屏上将出现一条亮线，其长度为
C、荧光屏上将出现一条亮线，其长度为
D、荧光屏上将出现一条亮线，其最右端距P点为
如图所示，半径为r的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)，从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中，并从B点射出，∠AOB=1200，则该带电粒子在磁场中运动的时间为()
A、2πr/3v0
B、2
πr/3v0C、πr/3v0
D、
πr/3v0
如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下列说法正确的是( )
A、离子的速度之比为1∶2
B、离子的电荷量之比为1∶2
C、离子的质量之比为1∶2
D、以上说法都不对
二.多选题
(共 3 小题)
收 起
如图所示，在ab=bc的等腰三角形abc区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，d是ac上任意一点，e是bc上任意一点大量相同的带电粒子从a点以相同方向垂直磁场射入，由于速度大小不同，粒子从ac和bc上不同点离开磁场不计粒子重力，则从c点离开的粒子在三角形abc磁场区域内经过的弧长和运动时间与从d点和e点离开的粒子相比较
A、经过的弧长一定大于从d点离开的粒子经过的弧长
B、经过的弧长一定小于从e点离开的粒子经过的弧长
C、运动时间一定大于从d点离开的粒子的运动时间
D、运动时间一定大于从e点离开的粒子的运动时间
在一个边界为等边三角形的区域内，存在一个方向垂直于纸面向内的匀强磁场，在磁场边界上的P点处有一个粒子源，发出比荷相同的三个粒子a、b、c(不计重力)沿同一方向进入磁场，三个粒子通过磁场的轨迹如图所示，用ta、tb、tc分别表示a、b、c通过磁场的时间；用ra、rb、rc分别表示a、b、c在磁场中的运动半径，则下列判断正确的是
A、ta=tb＞tc
B、tc＞tb＞ta
C、rc＞rb＞ra
D、rb＞ra＞rc
如图所示，正方形区域ABCD内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，三个完全相同的带电粒子a、b、c分别以大小不同的初速度va、vb、vc从A点沿图示方向射入该磁场区域，经磁场偏转后粒子a、b、c分别从BC边中点、CD边中点、AD边中点射出若ta、tb、tc分别表示粒子a、b、c在磁场中的运动时间则以下判断正确的是( )
A、va＜vb＜vc
B、vc＜vb＜va
C、ta＜tb＜tc
D、t
a=t
b＜t
c
三.解答题
(共 24 小题)
收 起
如图所示，两块平行金属板M、N正对着放置，s1、s2分别为M、N板上的小孔
，s1、s2、O三点共线，它们的连线垂直M、N，且s2O=R..以O为圆心、R为半径的圆形区域内同时存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场.D为收集板，板上各点到O点的距离以及板两端点的距离都为2R，板两端点的连线垂直M、N板。质量为m、电荷量为+q的粒子，经s1进入M、N间的电场后，通过s2进入电磁场区域，然后沿直线打到光屏P上的s3点.粒子在s1处的速度和粒子所受的重力均不计.求：
小题1:M、N两板间的电压为R；
小题2:撤去圆形区域内的电场后，当M、N间的电压改为U1时，粒子恰好垂直打在收集板D的中点上，求电压U1的值及粒子在磁场中的运动时间t；
小题3:撤去圆形区域内的电场后，改变M、N间的电压时，粒子从s2运动到D板经历的时间t会不同，求t的最小值。
如图所示，xOy坐标系的第一象限内，有一边界线OA与y轴的夹角∠AOy=45O，边界线的上方与下方分别存在垂直纸面向外与向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B=0.25T．一束带电量q=8.0×10-19C、质量 m=8.0×10-26kg的正离子以v=5×105m/s从y轴上坐标为(0，0.4m)的Q点垂直y轴射入磁场区。求：
(1)离子在磁场中做圆周运动的半径和周期；
(2)现只改变B的大小，使离子不经过OA边界而直接从y轴离开磁场区域，则B应满足什么条件？
(3)若B=0.125T，且从离子经过Q点开始计时，则离子在哪些时刻恰好经过OA边界？
一匀强磁场分布在以O为圆心，半径为R的圆形区域内，方向与纸面垂直，如图所示，质量为m、电荷量q的带正电的质点，经电场加速后，以速度v沿半径MO方向进入磁场，沿圆弧运动到N点，然后离开磁场，∠MON=120º，质点所受重力不计，求：
(1)判断磁场的方向；
(2)该匀强磁场的磁感应强度B；
(3)带电质点在磁场中运动的时间。
如图所示，在光滑绝缘的水平面内，对角线AC将边长为L的正方形分成ABC和ADC两个区域，ABC区域有垂直于水平面的匀强磁场，ADC区域有平行于DC并由C指向D的匀强电场．质量为m、带电量为+q的粒子从A点沿AB方向以v的速度射入磁场区域，从对角线AC的中点O进入电场区域．
(1)判断磁场的方向并求出磁感应强度B的大小．
(2)讨论电场强度E在不同取值时，带电粒子在电场中运动的时间t．
如图所示，虚线所围圆形区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B．一束电子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动的方向与原入射方向成
角．设电子质量为m，电荷量为e，不计电子之间的相互作用力及所受的重力．求：
(1)电子在磁场中运动的时间t
(2)圆形磁场区域的半径r．
如图所示，质量为m，电荷量为e的电子从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限内，射入时的速度方向不同，但大小均为v0.现在某一区域内加一方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，若这些电子穿过磁场后都能垂直地射到与y轴平行的荧光屏MN上，求：
小题1:电子从y轴穿过的范围；
小题2:荧光屏上光斑的长度；
小题3:所加磁场范围的最小面积.
甲图为质谱仪的原理图．带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后，从G点垂直于MN进入偏转磁场．该偏转磁场是一个以直线MN为上边界、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片上的H点．测得G、H间的距离为d，粒子的重力忽略不计．
(1)设粒子的电荷量为q，质量为m，试证明该粒子的比荷为：
；
(2)若偏转磁场的区域为圆形，且与MN相切于G点，如图乙所示，其它条件不变。要保证上述粒子从G点垂直于MN进入偏转磁场后不能打到MN边界上(MN足够长)，求磁场区域的半径应满足的条件。
如图在第一象限存在匀强磁场，第四象限存在正交电场和磁场，磁感应强度均为B，一个电子从y轴上的c点平行x轴射入磁场，经x轴的P点沿PC直线射出第四象限，已知AC的长度为L；∠CAP＝30°；电子质量为m，电量为q。求：
(1)电子射入磁场时的速度v；
(2)电子在第一象限运动时间；
(3)电场强度E的大小和方向；
(4)电子在第四象限运动时间．
如图所示，水平放置的两平行金属板间存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B1，方向与纸面垂直，电场的场强E=2.0×105V/m，方向竖直向下，PQ为板间中线．紧靠平行板右侧边缘建立平面直角坐标系xOy，在第一象限内，存在着以AO为理想边界的两个匀强磁场区域，方向如图所示，磁感应强度B2=B3=0.6T，AO和y轴间的夹角θ=30°．一束带负电的粒子，质量不同，带电量q=2.5×10-8C，以v=5×105m/s的水平速度从P点射入板间，沿PQ做直线运动，穿出平行板区域后从y轴上坐标为(0，0.3m)的Q点垂直于y轴射入磁场区域．(粒子的重力不计)
(1)求磁感应强度B1的大小和方向；
(2)若粒子不能穿过AO边界，试确定其质量m应满足的条件；
(3)若m=9.0×10-15kg，求粒子从Q点进入磁场区域开始至第n次通过AO边界时的位置到原点O的距离和该过程经历的时间．(结果可保留π)
电子质量为m、电量为e，从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限(包括x轴、y轴)，射入时速度方向不同，速度大小均为v0，如图所示．现在某一区域加方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场，并保证粒子均从O点进入磁场，磁感应强度为B，若这些电子穿过磁场后都能垂直射到荧光屏MN上，荧光屏与y轴平行，求：
(1)荧光屏上光斑的长度；
(2)所加磁场范围的最小面积．
如图所示，MN为两平行金属板，O、O为两金属板中心处正对的两个小孔，N板的右侧空间有磁感应强度大小均为B且方向相反的两匀强磁场区，图中N板与虚线CD、PQ为两磁场边界线，三条界线平行，两磁场区域的宽度分别为d和3d，沿边界线方向磁场区域足够大．在两金属板上加上大小可调节的直流电压，质量为m、电量为-q的带电粒子(重力不计)；从O点由静止释放，经过MN板间的电场加速后，从O'沿垂直于磁场方向射入磁场，若粒子能穿过CD界并进入CD右侧磁场但不能穿过PQ界，最终打到N板而结束运动，试求：
(1)粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场，MN板间的电压至少要大于多少；
(2)粒子不穿过PQ界，粒子从O射入磁场所允许的最大速率；
(3)最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间．
如图所示，在y轴的右侧存在磁感应强度为B的方向垂直纸面向外的匀强磁场，在x轴的上方有一平行板式加速电场。有一薄绝缘板放置在y轴处，且与纸面垂直。现有一质量为m、电荷量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速，然后以垂直于板的方向沿直线从A处穿过绝缘板，而后从x轴上的D处以与x轴负向夹角为30°的方向进入第四象限，若在此时再施加一个电场可以使粒子沿直线到达y轴上的C点(C点在图上未标出)。已知OD长为l，不计粒子的重力。求：
(1)粒子射入绝缘板之前的速度；
(2)粒子经过绝缘板时损失了多少动能；
(3)所加电场的电场强度和带电粒子在y周的右侧运行的总时间。
如图所示，在光滑绝缘水平桌面内放置一长为L、内壁光滑的薄壁绝缘管，在管的a端放置一个直径比管直径略小的小球，小球带电荷量为-q、质量为m。管右边的空间存在着垂直于水平桌面向上的匀强磁场，磁感应强度为B。磁场的左边界与细管平行，右边界足够远。管带着小球以水平速度v0垂直于左边界进入场中向右运动，由于水平外力F的作用，管匀速进入场中运动，一段时间后小球从管b端滑出并能在水平桌面内运动，最后从左边界飞离磁场。运动过程中小球的电荷量保持不变，不计一切阻力，求：
(1)小球从管b端滑出时速度的大小；
(2)从管进入场至小球从b端滑出的过程中，外力F所做的功；
(3)从细管进入磁场至小球离开磁场的过程中小球的最大位移。
如图所示，虚线框abcd内为边长均为L的正形匀强电场和匀强磁场区域，电场强度的大小为E，方向向下，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，PQ为其分界线，现有一群质量为m，电荷量为-e的电子(重力不计)从PQ中点与PQ成30°角以不同的初速射入磁场，求：
(1)能从PQ边离开磁场的电子在磁场运动的时间．
(2)若要电子在磁场运动时间最长，其初速v应满足的条件？
(3)若电子在满足(2)中的条件下且以最大速度进入磁场，最终从电场aP边界飞出虚线框所具有的动能Ek。
如图所示，真空室内存在宽度为d=8cm的匀强磁场区域，磁感应强度B=0.332T，磁场方向垂直于纸面向里；ab、cd足够长，cd为厚度不计的金箔，金箔右侧有一匀强电场区域，电场强度E=3.32×105N/C；方向与金箔成37°角。紧挨边界ab放一点状α粒子放射源S，可沿纸面向各个方向均匀放射初速率相同的α粒子，已知：α粒子的质量m=6.64×10－27 kg，电荷量q = 3.2×10－19 C，初速度v = 3.2×106m/s。(sin37°= 0.6，cos37°= 0.8)求：
(1)α粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径R；
(2)金箔cd被α粒子射中区域的长度L；
(3)设打在金箔上d端离cd中心最远的α粒子穿出金箔进入电场(速度方向与离开磁场的方向一致)，在电场中运动通过N点，SN⊥ab且SN = 40cm，则此α粒子从金箔上穿出时，损失的动能△EK为多少？
据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高温度，因而带电粒子没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内．现按下面的简化条件来讨论这个问题：如图所示是一个截面为内径R1=0.6m 外径R2=1.2m的环状区域，区域内有垂直于截面向里的匀强磁场．已知氦核的比荷
C/kg，磁场的磁感应强度B=0.4T，不计带电粒子的重力．
(1)实践证明，氦核在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动速度v的大小与它在磁场运动的轨道半径r有关，试导出v与r的关系式．
(2)若氦核沿磁场区域的半径方向平行于截面从A点射入磁场，画出氦核在磁场中运动而不穿出外边界的最大圆轨道示意图，并求出此圆轨道的半径．
(3)若氦核在平行于截面从A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场外边界，求氦核的最大速度．
如图所示，分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。电量为q、质量为m的带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60°角。试确定：
(1)粒子做圆周运动的半径。
(2)粒子的入射速度。
(3)若保持粒子的速率不变，从A点入射时速度的方向顺时针转过60°角，粒子在磁场中运动的时间。
如图所示，在真空中半径r=3.0×10-2 m的圆形区域内，有磁感应强度B=0.2T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一批带正电的粒子以初速度v0=1.0×106 m/s从磁场边界上的一点a向着纸面内的各个方向射入磁场，该粒子的比荷
=1.0×108 C/kg，不计粒子重力。
(1)求粒子在磁场中运动的最长时间；
(2)若射入磁场时的速度改为v0=3.0×105 m/s，其他条件不变，试用斜线在图中描绘出该粒子可能出现的区域。
电子质量为m，电荷量为e，从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限，射入时速度方向不同，速度大小均为v0，如图所示。现在某一区域加一方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场，磁感应强度为B，若这些电子穿过磁场后都能垂直射到荧光屏MN上，荧光屏与y轴平行，求：
(1)电子从y轴穿过的范围；
(2)荧光屏上光斑的长度；
(3)所加磁场范围的最小面积。
OAC的三个顶点的坐标分别为O(0,0)、A(0，L)、C(
，0)，在
，求粒子进入磁场时的速度大小。
发生衰变生成镭核
并放出一个粒子。设该粒子的质量为m、电荷量为q，它进入电势差为U的带窄缝的平行平板电极S1和S2间电场时，其速度为v0，经电场加速后，沿ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场，ox垂直平板电极S2，当粒子从p点离开磁场时，其速度方向与ox方位的夹角θ=60°，如图所示，整个装置处于真空中。
的圆形区域内有匀强磁场，方向如图所示，磁感应强度B="0.2" T，一个带正电的粒子以初速度
从磁场边界上直径ab的一端a射入磁场，已知该粒子的比荷
，不计粒子重力．
与ab的夹角
及粒子的最大偏转角．
入该区域，不计重力。
延长线成45°角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间。
，已知α粒子的电荷与质量之比
，现只考虑在图纸平面中运动的α粒子，求ab上被α粒子打中的区域的长度。 
