如图a所示的平面坐标系xOy,在整个区域内充满了匀强磁场,磁场方向垂直坐标平面,磁感应强度B随时间变化的关系如图b所示。开始时刻,磁场方向垂直纸面向内(如图),t=0时刻有一带正电的粒子(不计重力)从坐标原点O沿x轴正向进入磁场,初速度为v0=2×103m/s。已知带电粒子的比荷为,其它有关数据见图中标示。试求:
(1)时粒子所处位置的坐标(x1,y1);
(2)带电粒子进入磁场运动后第一次到达y轴时离出发点的距离h;
(3)带电粒子是否还可以返回原点?如果可以,求返回原点经历的时间t′。
如图所示,竖直平面内有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度E1=2500 N/C,方向竖直向上;磁感应强度B=103T,方向垂直纸面向外;有一质量m=1×10-2kg、电荷量q=4×10-5C的带正电小球自O点沿与水平线成45°角以v0=4 m/s的速度射入复合场中,之后小球恰好从P点进入电场强度E2=2500 N/C,方向水平向左的第二个匀强电场中.不计空气阻力,g取10 m/s2.求:
(1)O点到P点的距离s1;
(2)带电小球经过P点的正下方Q点时与P点的距离s2.
如图甲所示,左为某同学设想的粒子速度选择装置,由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成,两盘面平行且与转轴垂直,相距为L,盘上各开一狭缝,两狭缝夹角θ可调(如图乙);右为水平放置的长为d的感光板,板的正上方有一匀强磁场,方向垂直纸面向外,磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1,能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场,O到感光板的距离为,粒子电荷量为q,质量为m,不计重力.
(1)若两狭缝平行且盘静止(如图丙),某一粒子进入磁场后,竖直向下打在感光板中心点M上,求该粒子在磁场中运动的时间t;
(2)若两狭缝夹角为θ0,盘匀速转动,转动方向如图乙,要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1P2连线上,试分析盘转动角速度ω的取值范围.(设通过N1的所有粒子在盘旋转一圈的时间内都能到达N2)
如图所示,真空中有以O′为圆心,r为半径的圆柱形匀强磁场区域,圆的最下端与x轴相切于坐标原点O,圆的右端与平行于y轴的虚线MN相切,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,在虚线MN右侧x轴上方足够大的范围内有方向竖直向下、场强大小为E的匀强电场.现从坐标原点O向纸面内不同方向发射速率相同的质子,质子在磁场中做匀速圆周运动的半径也为r,已知质子的电荷量为e,质量为m,不计质子的重力、质子对电磁场的影响及质子间的相互作用力.求:
(1)质子进入磁场时的速度大小;
(2)沿y轴正方向射入磁场的质子到达x轴所需的时间.
如图所示,电源电动势E=2 V,内电阻r=0.5 Ω,竖直导轨电阻可忽略,金属棒的质量m=0.1 kg,电阻R=0.5 Ω,它与导轨的动摩擦因数μ=0.4, 有效长度为L=0.2 m,为了使金属棒能够靠在导轨外面静止不动,我们施一与纸面成30°角向里且与金属棒垂直的磁场,问磁场方向是斜向上还是斜向下?磁感应强度B的范围是多大?(g=10 m/s2)
如图所示,PQ和EF为水平放置的平行金属导轨,间距为l=1.0 m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=20 g,棒的中点用细绳经轻滑轮与物体c相连,物体c的质量M=30 g.在垂直导轨平面方向存在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场,磁场方向竖直向上,重力加速度g取10 m/s2.若导轨是粗糙的,且导体棒与导轨间的最大静摩擦力为导体棒ab重力的0.5倍,若要保持物体c静止不动,应该在棒中通入多大的电流?电流的方向如何?