• (2011?台州模拟)如图所示,以O为原点建立平面直角坐标系Oxy,沿y轴放置一平面荧光屏,在y>0,0<x<0.5m的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小B=0.5T.在原点O放一个开有小孔粒子源,粒子源能同时放出比荷为q/m=4.0×106kg/C的不同速率的正离子束,沿与x轴成30°角从小孔射入磁场,最后打在荧光屏上,使荧光屏发亮.入射正离子束的速率在0到最大值vm=2.0×106m/s的范围内,不计离子之间的相互作用,也不计离子的重力.(1)求离子打到荧光屏上的范围.(2)若在某时刻(设为t=0时刻)沿与x轴成30°角方向射入各种速率的正离子,求经过5π3×10-7s时这些离子所在位置构成的曲线方程.(3)实际上,从O点射入的正离子束有一定的宽度,设正离子将在与x轴成30°~60°角内进入磁场.则某时刻(设为t=0时刻)在这一宽度内向各个方向射入各种速率的离子,求经过5π3×10-7s时这些离子可能出现的区域面积.试题及答案-解答题-云返教育

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      (2011?台州模拟)如图所示,以O为原点建立平面直角坐标系Oxy,沿y轴放置一平面荧光屏,在y>0,0<x<0.5m的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小B=0.5T.在原点O放一个开有小孔粒子源,粒子源能同时放出比荷为q/m=4.0×106kg/C的不同速率的正离子束,沿与x轴成30°角从小孔射入磁场,最后打在荧光屏上,使荧光屏发亮.入射正离子束的速率在0到最大值vm=2.0×106m/s的范围内,不计离子之间的相互作用,也不计离子的重力.
      (1)求离子打到荧光屏上的范围.
      (2)若在某时刻(设为t=0时刻)沿与x轴成30°角方向射入各种速率的正离子,求经过
      3
      ×10-7s时这些离子所在位置构成的曲线方程.
      (3)实际上,从O点射入的正离子束有一定的宽度,设正离子将在与x轴成30°~60°角内进入磁场.则某时刻(设为t=0时刻)在这一宽度内向各个方向射入各种速率的离子,求经过
      3
      ×10-7s时这些离子可能出现的区域面积.

      试题解答


      见解析
      解:(1)由qvB=
      mv2
      r
      得,r=
      mv
      qB
      ,rm=
      mvm
      qB
      =1m
      离子在磁场中运动最大轨道半径:r
      m=1m
      由几何关系知,最大速度的离子刚好沿磁场边缘打在荧光屏上,如左图所示.
      所以OA
      1长度为:y=2rcos300=
      3
      m
      即离子打到荧光屏上的范围为:[0,
      3
      m]
      (2)离子在磁场中运动的周期为:T=
      2πm
      qB
      =π×10-6s
      由题,经过时间:t=
      3
      ×10-7s,则
      离子转过的圆心角为 φ=
      T
      t=
      π
      3

      3
      ×10-7s这个时刻某离子的位置坐标为(x,y),则有
      y=rcos30°
      x=r-rsin30°
      所以解得:y=
      3
      x就是所求的曲线方程.
      (3)由几何关系知,与x轴成60°方向入射的离子,经过时间:t=
      3
      ×10-7s时离子转过的圆心角为φ=
      T
      t=
      π
      3
      刚好打在y轴上,将t=
      3
      ×10-7s时刻这些离子所在坐标连成曲线,方程就是:x=0即都打在y轴上,所以在t=0时刻与x轴成30°~60°内进入磁场的正离子在t=
      3
      ×10-7s时刻全部出现在以O为圆心的扇形OA2C1范围内.如图
      则离子可能出现的区域面积:S=
      πrm2
      12
      =
      π
      12
      m2≈0.26m2
      答:
      (1)离子打到荧光屏上的范围为[0,
      3
      m].
      (2)经过
      3
      ×10-7s时这些离子所在位置构成的曲线方程是y=
      ???3
      x.
      (3)经过
      3
      ×10-7s时这些离子可能出现的区域面积为0.26m2

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