高中物理α粒子散射实验试题

如图21所示,水平直线MN为两个匀强磁场的分界面,MN上方的磁感应强度B₁=B,MN下方的磁感应强度B₂=2B,磁场方向均垂直纸面向外.在磁场的空间还存在匀强电场,电场强度大小为E,竖直向上.一带电小球从界面上的A点沿电场方向射入上部磁场区域后恰能在竖直方向上做匀速圆周运动.在A点的右侧的界面上有一点P,与A点的距离为d.要使小球能经过P点,则小球从A点射出的速度v应满足什么条件？

如图6 – 14所示，在x轴上方有磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场．X轴下方有磁感应强度大小为B/2，方向垂直纸面向外的匀强磁场．一质量为m、电量为– q的带电粒子（不计重力），从x轴上的O点以速度v₀垂直x轴向上射出．求：
（1）射出之后经多长时间粒子第二次到达x轴，粒子第二次到达x轴时离O点的距离是多少？
（2）若粒子能经过在x轴距O点为L的某点，试求粒子到该点所用的时间（用L与v₀表达）．

两个圆形区域内存在着匀强磁场，这两个圆的半径都是r，圆心都在y轴上，两圆相切，切点恰是原点O．两圆内磁场的磁感强度大小相同，但方向相反，上面的沿-z方向，下面的沿+z方向，如图所示．在坐标原点O处有一个放射源，放射出质量为m、电量为-q的带电粒子(重力不计)，如果所有粒子都在xOy平面内，初速度大小都是v₀，并且向各个方向的发射是均匀的．不计各粒子在运动过程中的相互作用．

(1)调整磁场磁感强度的大小，可以使得所有的粒子(除了沿-x方向运动的极少数粒子以外，下同)，经过磁场的偏转后速度方向都互相平行，求这时的磁感强度B的值．
(2)在满足上述条件的情况下，在x轴右方较远处与y轴平行的屏上接收到的粒子都位于与y轴平行的一条线段上，其中y=o到y=a间的区域内的粒子数是全部粒子数的1/6，求a的值．
 

下图所示的圆形区域内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，该区域的半径为R．一质量为m、带电量为q的带电粒子，以速率v₀()从圆周上的A点射入，v₀的方向限定在纸面内．求粒子沿什么方向入射，能有最大偏转角？最大偏转角是多大？

 

一个质量为m,带电量为+q的带电粒子(不计重力),从图中原点O处以初速v₀射入一个有界的匀强磁场中,已知v₀方向为+y方向,匀强磁场的方向垂直于纸面向外(即+z方向),磁感应强度大小为B,它的边界为半径是r的圆形,O点恰在它的圆周上．粒子进入磁场后将做匀速圆周运动，已知它做圆周运动的轨道半径比圆形磁场的半径r大．

(1)改变这个圆形磁场区域的圆心的位置,可改变粒子在磁场中的偏转角度．求粒子在磁场中的最大偏转角度(用反三角函数表示)．
(2)当粒子在磁场中的偏转角度最大时,它从磁场中射出后沿直线前进一定能打到x轴上，求满足此条件的r的取值范围．
 

如图所示，在虚线MN的上下两边都存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场，上方的磁感强度为B₁，下方的磁感强度为B₂，已知B₂=2B₁．一个质量为m、带电量为q的带电粒子(不计重力)以初速v₀从MN上的A点由下方垂直于MN射入上方的磁场区．已知它在运动过程中先后两次经过MN上的B点，且这两次之间的时间间隔为t．求

(1)磁感强度B₁和B₂的大小．
(2)AB间距离的可能值．
 

如下图所示，半径为R＝10cm的匀强磁场区域边界跟Y轴相切于坐标原点O，磁感强度B＝0.322T，方向垂直纸面向里，在O处有一放射源S，可沿纸面向各个方向射出速率为V＝3.2×的α粒子．已知α粒子质量m＝6.4×，电量q＝3.2×．


(1)画出α粒子通过磁场空间做圆周运动的圆心点的轨迹．
(2)求出α粒子通过空间的最大偏转角．
 

匀强磁场仅存在于两平行极板之间，磁感强度为B，各部分长度如图．现有质量为m，电量为q的电子(不计重力)，从左边中点平行于板射入，欲使其打在极板上，求电子的速率应该在什么范围?

y轴右方有方向垂直于纸面的匀强磁场。一个质量为m，电量为q的质子以速度v水平向右通过x轴上P点，最后从y轴上的M点射出磁场。已知M点到原点O的距离为H，质子射出磁场时速度方向与y轴负方向夹角θ=30°，求

(1)磁感强度大小和方向。
(2)适当的时候，在y轴右方再加一个匀强电场就可以使质子最终能沿y轴正方向作匀速直线运动。从质子经过P点开始计时，再经多长时间加这个匀强电场？电场强度多大？方向如何？
 

如图所示，直径AD=d的圆形区域内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面，已知∠MAD=∠NAD=30°，有一个不计重力，质量为m，带电量为q的正电荷，以从A点沿AD射入磁场．求：

(1)欲使带电粒子打在M点，磁感强度B的大小和方向
(2)要使该粒子能打在MN弧上，磁感强度B应满足什么条件?

如图所示，有两个磁感强度均为B、但方向相反的匀强磁场，OP是它们的分界面．有一束电量均为q、但质量不全相同的带电粒子，经过相同的电场加速后，从O处沿与OP和磁场都垂直的方向进入磁场，在这束粒子中有一些粒子的轨迹如图所示．已知OP=L，加速电场的电势差为U，重力不计，问：

(1)按图示的轨迹到达P点的每个粒子的质量m为多大?
(2)在这束粒子中，质量为多少m的粒子也可能到达P点?
(3)若将两磁场磁感强度的大小都减为原来的一半，则这束粒子中，质量为多少m的粒子仍可能到达P点?
 

如图所示的装置中，N为水平放置的金属网板，M为与之平行的金属板，MN相距4.5cm，两板间电压=2.30V，网板上方为垂直纸面大小为6.28×T的匀强磁场，P与S正对．设想在某一时刻，一个自由电子从P点由静止开始运动，并穿过网板最后到达S'，已知SS'相距3.27×m，设自由电子始终不会被吸附，整个装置放在真空中．求该自由电子从P第一次到达S'所需的时间．(电子荷质比e/m=1.76×C/kg)

 

一个质量为m，带电量为q的带正电粒子(不计重力)，从O点处沿+y方向以初速v₀射入一个边界为矩形的匀强磁场中，磁场方向垂直于xy平面向里，它的边界分别是y=0、y=a，x=-1.5A．x=1.5a,如图所示．改变磁感强度B的大小，粒子可从磁场的不同边界面射出，并且射出磁场后偏离原来速度方向的角度θ会随之改变．试讨论粒子可以从哪几个边界面射出，从这几个边界面射出时磁感强度B的大小及粒子的偏转最大角度θ各在什么范围内？

（1）当线圈的ab边刚进入磁场时，它可能做什么运动，并分析各种运动下h的条件．
（2）设ab边刚进入磁场和刚穿出磁场时都作减速运动，且加速度大小相等。求线框经过磁场的过程中产生的焦耳热。
（3）设线圈刚好以匀速运动进入匀强磁场，此时线圈中的电流为I₀，且线圈的边长L=h磁场的宽度H=2h。请在坐标系中定性画出线圈进入磁场到离开磁场的过程中，线圈中的电流i随下落高度x变化的图象。（不需要计算过程，按图象评分，设电流沿abcda如方向为正方向，x以磁场上边界为起点。）

（1）粒子进入磁场的初速度v₀与加速电压U的关系。
（2）能使粒子打到平板MN的加速电压U最小值是多少？