高中物理α粒子散射实验计算题

如图所示，足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，现从ad边的中心O点处，垂直磁场方向射入一速度为v₀的带正电粒子，v₀与ad边的夹角为30°.已知粒子质量为m，带电量为q，ad边长为L，不计粒子的重力.
求要使粒子能从ab边射出磁场，v₀的大小范围.
粒子在磁场中运动的最长时间是多少?在这种情况下，粒子将从什么范围射出磁场?

正负电子对装机的最后部分的简化示意图如图甲所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正负电子做圆运动的“容器”，经过加速器加速后的正负电子被分别引入该管道时，具有相等的速率v，它们沿着管道向相反的方向运动。在管道内控制它们转弯的是一系列圆形电磁铁，即图中的A₁，A₂，A₃，…A_n，共有n个，均匀分布在整个圆环上，每个电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场，并且方向竖直向下，磁场区域的直径为d，改变电磁铁内电流大小，就可改变磁场的磁感应强度，从而改变电子的偏转角度。经过精确的调整，首先实现了电子在环形轨道中沿图甲中粗虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同一条直径的两端，如图乙所示。这就为进一步实现正负电子对撞做好了准备。

（1）试确定正负电子在管道内各自的运转方向；
（2）已知正负电子的质量都是m，所带电荷都是元电荷e，重力可忽略，求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B的大小。

如图所示，在以坐标原点为圆心、半径为的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为，磁场方向垂直于平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从点沿轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经时间从点射出。
（1）求电场强度的大小和方向。

（2）若仅撤去磁场，带电粒子仍从点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。

（3） 若仅撤去电场，带电粒子仍从点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。

如图所示，在y轴上A点沿平行x轴正方向以v₀发射一个带正电的粒子，在该方向上距A点3R处的B点为圆心存在一个半径为R的圆形有界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，当粒子通过磁场后打到x轴上的C点，且速度方向与x轴正向成60°角斜向下，已知带电粒子的电量为q，质量为m，粒子的重力忽略不计，O点到A点的距离为R．求：
（1）该磁场的磁感应强度B的大小
（2）若撤掉磁场，在该平面内加上一个与y轴平行的有界匀强电场，粒子仍按原方向入射，当粒子进入电场后一直在电场力的作用下打到x轴上的C点且速度方向仍与x轴正向成60°角斜向下，则该电场的左边界与y轴的距离为多少？
（3）若撤掉电场，在该平面内加上一个与（1）问磁感应强度大小相同的矩形有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，粒子仍按原方向入射，通过该磁场后打到x轴上的C点且速度方向仍与x轴正向成60°角斜向下，则所加矩形磁场的最小面积为多少？

如图所示，串联阻值为R的闭合电路中，面积为S的正方形区域abcd存在一个方向垂直纸面向外、磁感应强度均匀增加且变化率为k的匀强磁场Bt，abcd的电阻值也为R，其他电阻不计．电阻两端又向右并联一个平行板电容器．在靠近M板处由静止释放一质量为m、电量为+q的带电粒子（不计重力），经过N板的小孔P进入一个垂直纸面向内、磁感应强度为B的圆形匀强磁场，已知该圆形匀强磁场的半径为。求：

(1)电容器获得的电压；   
(2)带电粒子从小孔P射入匀强磁场时的速度；
(3)带电粒子在圆形磁场运动时的轨道半径及它离开磁场时的偏转角

如图所示，在平面直角坐标系内，第1象限的等腰三角形MNP区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，y<0的区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带电粒子从电场中Q（-2h，-h）点以速度v0水平向右射出，经坐标原点O处射入第1象限，最后以垂直于PN的方向射出磁场。已知MN平行于x轴，N点的坐标为（2h，2h），不计粒子的重力，求：

（1）电场强度的大小E；
（2）磁感应强度的大小B；
（3）粒子在磁场中运动的时间t，

在图示区域中，Y轴右方有一匀强磁场，磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为B，Y轴左方有匀强电场区域，该匀强电场的强度大小为E，方向与y轴夹角为450且斜向右上方。有一质子以速度v0由X轴上的P点沿X轴正方向射入磁场，质子在磁场中运动一段时间以后从Q点进入Y轴左方的匀强电场区域中，在Q点质子速度方向与Y轴负方向夹角为45°，已知质子的质量为m，电量为q，不计质子的重力，（磁场区域和电场区域足够大）求：

（1）Q点的坐标。
（2）质子从P点出发到第三次穿越Y轴时的运动时间
（3）质子第四次穿越Y轴时速度的大小

如图21所示，第四象限内有互相正交的匀强电场E与匀强磁场B1，E的大小为1.5×103V／m，Bl大小为0.5T；第一象限的某个矩形区域内，有方向垂直纸面的匀强磁场B2，磁场的下边界与x轴重合。一质量m=1×10-14kg、电荷量q=2×l0-10C的带正电微粒以某一速度v沿与y轴正方向60°角从M点沿直线运动，经P点即进入处于第一象限内的磁场B2区域。一段时间后，小球经过y轴上的N点并与y轴正方向成60°角的方向飞出。M点的坐标为（0，-10），N点的坐标为（0，30），不计粒子重力，g取10m/s2。则求：

（1）微粒运动速度v的大小；
（2）匀强磁场B2的大小；
（3）B2磁场区域的最小面积。

如图所示，圆心在原点、半径为R的圆将xOy平面分为两个区域，在圆内区域Ⅰ（）和圆外区域Ⅱ（）分别存在两个磁场方向均垂直于平面的匀强磁场；垂直于平面放置了两块平面荧光屏，其中荧光屏甲平行于轴放置在轴坐标为的位置，荧光屏乙平行于轴放置在轴坐标为的位置。现有一束质量为、电荷量为（）、动能为的粒子从坐标为（，0）的点沿轴正方向射入区域Ⅰ，最终打在荧光屏甲上，出现坐标为（，）的亮点。若撤去圆外磁场，粒子打在荧光屏甲上，出现坐标为（，）的亮点。此时，若将荧光屏甲沿轴负方向平移，则亮点的轴坐标始终保持不变。（不计粒子重力影响）

（1）求在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度、的大小。
（2）求在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度、的大小和方向。
（3）若上述两个磁场保持不变，荧光屏仍在初始位置，但从点沿轴正方向射入区域Ⅰ的粒子束改为质量为、电荷量为、动能为的粒子，求荧光屏上的亮点的位置。

真空中有一半径为r的圆柱形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，Ox为过边界O点的切线，如图所示，从O点在纸面内向各个方向发射速率均为的电子，设电子间相互作用忽略，且电子在磁场中的偏转半径也为r，已知电子的电荷量为e，质量为m。

⑴速度方向分别与Ox方向夹角成60°和90°的电子，在磁场中的运动时间分别为多少？
⑵所有从磁场边界射出的电子，速度方向有何特征？
⑶设在某一平面内有M、N两点，由M点向平面内各个方向发射速率均为的电子。请设计一种匀强磁场，使得由M点发出的所有电子都能够会聚到N点。

如图甲所示，带正电的粒子以水平速度v0从平行金属板MN间中线连续射入电场中，MN板间接有如图乙所示的随时间t变化的电压，电压变化周期T=0.1s，两板间电场可看做均匀的，且两板外无电场. 紧邻金属板右侧有垂直纸面向里的匀强磁场B，分界线为CD，AB为荧光屏. 金属板间距为d，长度为l，磁场B的宽度为d. 已知：，带正电的粒子的比荷为q/m=108C/kg，重力忽略不计. 试求：

（1）带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径；
（2）带电粒子射出电场时的最大速度；
（3）带电粒子打在荧光屏AB上的范围.

如图所示，在半径为R的半圆形区域，有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m，带电荷量为q的微粒以某一初速度沿垂直于半圆直径AD方向从P点射入磁场，已知AP=d。不计空气阻力和微粒的重力。
（1）若微粒恰好从A点射出磁场，求微粒的入射速度v₁；
（2）若微粒从纸面内的Q点射出磁场，且已知射出方向与半圆在Q点的切线成夹角（如图），求微粒的入射速度v₂。

()如图，在平面直角坐标系xOy内，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，从y轴正半轴上y = h处的M点，以速度v₀垂直于y轴射入电场，经x轴上x = 2h处的P点进入磁场，最后以垂直于y轴的方向射出磁场。不计粒子重力。求
（1）电场强度大小E；
（2）粒子在磁场中运动的轨道半径r；
（3）粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t。