高中物理专练-9用动态圆磁场区问题分析

第9课时用动态圆求解带电粒子在匀强磁场中运动的极值问题

“带电粒子在磁场中的运动”是历年高考中的一个重要考点，而“带电粒子在有界磁场中的运动”则是此考点中的一个难点。它难在带电粒子进入设定的有界磁场后只运动一段圆弧就飞出磁场边界，其轨迹不是完整的圆，它要求考生根据带电粒子运动的几何图形去寻找几何关系，分析临界条件，然后应用数学工具和相应的物理规律处理问题。

如何巧用动态圆求解带电粒子在有界匀强磁场中运动的极值问题？我

们可以从下列两个模型

入手解决这类问题：

模型一：如图1，一束

带负电的粒子以初速度

v垂直进入匀强磁场，

若初速度v方向相同，

大小不同，所有粒子运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上，速度增大时，轨道半径随着增大，所有粒子的轨迹组成了一组动态的内切圆。

模型二：如图2所示，一束带正电的粒子以初速度v垂直进入匀强磁场，若初速度v大小相同，方向不同，则所有粒子运动的轨道半径相同，但不同粒子的圆心位置不同，其共同规律是：所有粒子的圆心都在以入射点为圆心、以轨道半径为

半径的圆上，从而可以找出动态圆的圆心轨迹。

【例1】如图所

示,在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场,磁感应强度大小为B,磁场方向垂直纸面向里.许多质量为m、带电荷量为+q的粒子,以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向,由小孔O射入磁场区域.不计重力,不计粒子间的相互影响,图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域,其中

qB

mv

R ,哪

个图是正确的

( )

B

A B

C D

【例2】如图所示，在x 轴的上方(y≥0)存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.在原点O有一个离子源向x 轴上方的各个方向发射出质量为m，电荷量为q 的正离子，速率都为v.对那些在xOy平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大值为x＝________，y＝________.

【例3】如图，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小B=0.60T，磁场内有一块平面感光板ab，板面与磁场方向平行，在距ab的距离l=16cm处，有一个点状的α

放射源S ，它向各个方向发射α粒子，α粒子的速度都是s m v 6

100.3?=，已知α粒子的电荷与质量之比

kg C m

q

7100.5?=，

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。

【例4】在xOy 平面内，有许多电子从坐标原点O 不断以大小为v 0的速度沿不同的方向射入第一象限，如图所示．现加上一个垂直于xOy 平面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场，要求进入该磁场的电子穿过该磁场后都能平行于y 轴向y 轴负方向运动．已知电子的质量为m 、电荷量为e ．（不考虑电子间的相互作用力和重力，且电子离开O 点即进入磁场．）

（1）求电子做圆周运动的轨道半径R ； （2）在图中画出符合条件的磁场最小面积范围（用阴影线表示）；

（3）求该磁场的最小面积．

【例5】在正方形abcd 区域内充满方向垂直纸面向里，磁感应强度为B 的匀强磁场，在t=0时刻，一位于正方形区域中心O 的粒子源在abcd 平面内向各个方向发射出大量带正电的粒子，所有粒子的初速度大小均相同，粒子在磁场做圆周运动的半径恰好等于正方形边长，不计重力和粒子之间的相互作用力，已知平行于ad 方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界cd 上的某点离开磁场，求（1）粒子的比荷q/m （2）从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间

【例6】核聚变反应需几百万摄氏度高温，为了把高温条件下高速运动粒子约束在小范围内（否则不可能发生核聚变），可采用磁约束的方法．如所示，环状匀强磁场围成中空区域，中空区域内的带电粒子只要速度不是很大，都不会穿出磁场的外边缘，设环形磁场的内半径R 1＝0. 5 m ，外半径R 2＝1m ，磁场的磁感应强度B ＝0. 1T ，若被约束的带电粒子的比荷q/m=4×107C/kg,中空区域内的带电粒子具有各个方向大小不同的速度，问（1)粒子沿环状半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大速度；（2)所有粒子不能穿越磁场的最大速度．

【例7】如图所示，在y 轴右侧平面内存在方向向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T ，坐标原点o 有一放射源，可以向y 轴右侧平面沿各个方向放射比荷为

q

m =2.5×10-7

Kg/C 的正离子，这些离子速率分别在从0到最大值υm =2×106

m/s 的范围内，不计离子之间的相互作用． （1）求离子打到y 轴上的范围

（2）若在某时刻沿+x 方向放射各种速率的离子，求经过

3

5π×10-7

s 时这些离子所在位置构成的曲线方程

（3）若从某时刻开始向y 轴右侧各个方向放射各种速率的离子，求经过

3

5π×10-7

时已进入磁场的离子可能出现的区域面积．

【例8】如图，在0≤x≤

3a 区域内存在

与xy 平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B ．在t=0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy 平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y 轴正方向的夹角分布在0～180°范围内．已知沿y 轴正方向发射的粒子在t=

t 0时刻刚好从磁场边界上P （3a ，a ）点

离开磁场．求：

（1）粒子在磁场中做圆周运动的半径R 及粒子的比荷；

（2）此时刻仍在磁场中的粒子的初速度

方

向与y轴正方向夹角的取值范围；

（3）从粒子发射到全部粒子离开磁场所用

的时间．

根据Bqv＝mv2 /r得r=mv/Bq，由于B、q/m一定，

所以v越大，r越大，且最大半径对应最大速度，

多作几个沿环半径方向但大小不同的速度所对

应的磁场中运动圆轨迹，如图（b)所示，很容易

得出当圆轨迹与环形磁场外边界内切时，对应的

半径是粒子射不出磁场的最大半径，对应的速度

就是不能穿越磁场的最大速度，由几何知识得

v1max＝1. 5×107m/s,（2)由（1）可知沿某一方向

射不出磁场的最大速度对应的圆轨迹与磁场外

边界内切，再作出粒子斜向左上方和竖直方向射

入磁场对应的和磁场外边界内切的圆轨迹．如图

（C)所示，从而得出沿各个方向射不出磁场的最

大速度不同，通过比较发现，粒子垂直环半径方

向射入磁场时不能穿越磁场的最大速度v1max是

最小的，所以若要求所有粒子均不能穿越磁场，

则所有粒子的最大速度不能超过v 1max ，由数学知识可得v 1max ＝1.0×10 7 m/s.

例2.如图4所示，在y 轴右侧平面内存在方向向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.5T 。坐标原点O 有一放射源，可以向y 轴右侧平面沿各个方向放射比荷为 =2.5×10-7Kg/C 的正离子，这些离子速率分别在从0到最大值vm=2×106m/s 的范围内。不计离子之间的相互作用：

（1）若在某时刻沿+x 方向放射各种速率的离子，求经过 ×10-7s 时这些离子所在位置构成的曲线方程。

（2）若从某时刻开始向y 轴右侧各个方向放射各种速率的离子，求经过 ×10-7s 时已进入磁场的离子可能出现的区域面积。 ：（1）大家解题时若能从动态圆模型角度思考，就可以迅速得出离子轨迹符合模型一，该时刻所有离子轨迹所对应的圆心角相等，如图4，从而得到离子的位置。

进入磁场的离子中做圆周运动的半径最大，由牛顿第二定律得：Bqv=m ；解得：R= =1m 。 离子在磁场中运动的周期为T ， 则T= = =π×10-6s 。

t 时刻时，这些离子轨迹所对应的圆心角为θ， 则θ= = ，这些离子构成的曲线如图所示。令某一离子在此时刻的坐标为（x ，y ），则x=rsinθ，y=r （1-cosθ），代入数据并化简得：y= x （0≤x≤ ）。

（2）离子轨迹符合模型二，最大速率的离子作圆周运动的圆心分布在以O 为圆心、OC 为半径的圆周上，如图6，沿x 轴负方向运动的最大速率的离子在该时刻恰好运动到B 点，OB 为其运动圆弧所对应的弦，离子的初速度速度方向与弦的夹角为 ，且所有离子的规律均相似。图5中的OB 段沿逆时针方向旋转，与y 轴所围成的面积即为在t=0向y 轴右侧各个方向不断放射各种速率的离子在t= ×10-7时已进入磁场的离子所在区域，如图7。

由几何关系可求得此面积为：

S= πR2+ πR2- R× R= πR2- R2 则：S=（ π- ）m2。

点评：离子束在有界匀强磁场中运动的问题，难度较大，考查大家的分析推理、空间想像等能力。解答此类问题要理清物体运动规律，分析出粒子运动的圆心和作出粒子运动的轨迹是关键，再利用几何关系求解。

例1.如图2所示，匀强磁场的边界为平行四边形ABDC ，其中AC 边与对角线BC 垂直。一束电子以大小不同的速度沿BC 从B 点射入磁场，不计电子的重力和电子之间的相互作用，关于电子在磁场中运动的情况，下列说法中正确的是( )。

A．入射速度越大的电子，其运动时间越长B．入射速度越大的电子，其运动轨迹越长C．从AB边出射的电子的运动时间都相等D．从AC边出射的电子的运动时间都相等

：电子以不同的速度沿BC从B点射入磁场，若电子从AB边射出，画出其运动轨迹。由几何关系可知：在AB边射出的粒子轨迹所对的圆心角相等，在磁场中的运动时间相等，与速度无关，C对，A错；从AC边射出的电子轨迹所对圆心角不相等，且入射速度越大，其运动轨迹越短，在磁场中的运动时间不相等，B、D错。

答案：ACD。

高中物理磁场经典习题含答案

寒假磁场题组练习 题组一 1．如图所示，在xOy平面内，y ≥ 0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、带电量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不计，求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置。 在着沿ad方向的匀强电场，场强大小为E，一粒子源不断地从a处的小孔沿 ab方向向盒内发射相同的带电粒子，粒子的初速度为v0，经电场作用后恰好 从e处的小孔射出，现撤去电场，在盒子中加一方向垂直于纸面的匀强磁场， 磁感应强度大小为B（图中未画出），粒子仍恰好从e孔射出。（带电粒子的重 力和粒子之间的相互作用均可忽略不计） （1）所加的磁场的方向如何？ （2）电场强度E与磁感应强度B的比值为多大？ 题组二 4．如图所示的坐标平面内，在y轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小B1 = T的匀强磁场，在y 轴的右侧存在垂直纸面向里、宽度d = m的匀强磁场B2。某时刻一质量m = ×10-8 kg、电量q = +×10-4 C的带电微粒（重力可忽略不计），从x轴上坐标为（ m，0）的P点以速度v = ×103 m/s沿y轴正方 向运动。试求： （1）微粒在y轴的左侧磁场中运动的轨道半径； （2）微粒第一次经过y轴时速度方向与y轴正方向的夹角； （3）要使微粒不能从右侧磁场边界飞出,B2应满足的条件。 5．图中左边有一对平行金属板，两板相距为d，电压为U；两板之间有匀强磁场，磁场应强度大小为B0，

方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a 的正三角形区域EFG （EF 边与金属板垂直），在此区域内及其边界上也有匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q 的正离子沿平行于金属板面，垂直于磁场的方向射入金属板之间，沿同一方向射出金属板之间的区域，并经EF 边中点H 射入磁场区域。不计重力。 （1）已知这些离子中的离子甲到达磁场边界EG 后，从边界EF 穿出磁场，求离子甲的质量。 （2）已知这些离子中的离子乙从EG 边上的I 点（图中未画出）穿出磁场，且GI 长为3a /4，求离子乙的质量。 （3）若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半，而离子乙的质量是最大的，问磁场边界上什么区域内可能有离子到达。 题组三 7．如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布 在以直径A 2A 4为边界的两个半圆形区域I 、II 中，A 2A 4与A 1A 3的夹角为60°。一质量为m 、带电荷量为＋q 的粒子以某一速度从I 区的边缘点A 1处沿与A 1A 3成30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A 2A 4的方向经过圆心O 进入II 区，最 后再从A 4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t ，求I 区和II 区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）。 8．如图所示，在以O 为圆心，内外半径分别为R 1和R 2的圆环区域内，存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场，内外圆间的电势差U 为常量，R 1＝R 0，R 2＝3R 0，一电荷量为+q ，质量为m 的粒子从内圆上的A 点进入该区域，不计重力。 （1）已知粒子从外圆上以速度射出，求粒子在A 点的初速度的大小； （2）若撤去电场，如图（b ）,已知粒子从OA 延长线与外圆的交点C 以速度射出，方向与OA 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； （3）在图（b ）中，若粒子从A 点进入磁场，速度大小为，方向不确定，要使粒子一定能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？ A 23

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态．如图所示，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为υ．当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭．则元件的（） A．前表面的电势比后表面的低 B．前、后表面间的电压U与υ无关 C．前、后表面间的电压U与c成正比 D．自由电子受到的洛伦兹力大小为eU a 5．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（） A．图甲是通电导线周围存在磁场的实验。这一现象是物理学家法拉第通过实验首先发现B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属C．图丙是李辉用多用电表的欧姆挡测量变压器线圈的电阻刘伟手握线圈裸露的两端协助测量，李辉把表笔与线圈断开瞬间，刘伟觉得有电击说明欧姆挡内电池电动势很高 D．图丁是微安表的表头，在运输时要把两个接线柱连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理 6．教师在课堂上做了两个小实验，让小明同学印象深刻。第一个实验叫做“旋转的液体”，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，把它们分别与电池的两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水，如果把玻璃皿放在磁场中，液体就会旋转起来，如图甲所示。第二个实验叫做“振动的弹簧”，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后，发现弹簧不断上下振动，如图乙所示。下列关于这两个趣味实验的说法正确的是（） A．图甲中，从上往下看，液体沿顺时针方向旋转

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高中物理实验难题集100题

0 0.05 I /A U /V 0.10 0.15 0.20 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.25 高中物理实验难题集 1.用测力探头和计算机组成的实验装置来测定单摆摆动过程中摆线受到的拉力(单摆摆角小于 5o)，计算机屏幕上得 到如图a 所示的F –t 图象。然后将单摆挂在测力探头上，使单摆保持静止，得到如图b 所示的F –t 图象。那么： （1）、此单摆的周期为 0.8s 秒。 （2）、设摆球在最低点时Ep=0，已测得当地重力加速度为g ，单摆的周期用T 表示，那么测得此单摆摆动时的机械能E 的表达式是：（ BD ） 2某学习小组通过实验来研究电器元件Z 的伏安特性曲线。他们在实验中测得电器元件Z 两端的电压与通过它的电流 的数据如下表： 现备有下列器材：A ．内阻不计的6V 电源； B ．量程为0～3A 的理想电流表； C ．量程为0～0.6A 的理想电流表； D ．量程为0～3V 的理想电压表； E ．阻值为0～10Ω，额定电流为3A 的滑动变阻器； F ．电键和导线若干。 （1）这个实验小组在实验中电流表选的是 C 。（填器材前面的字母） （2）分析上表内实验数据可知，在方框内画出实验电路图 （3）利用表格中数据绘出的电器元件Z 的伏安特性曲线 如图所示，分析曲线可知该电器元件Z 的电阻随 U 变大而 变大 （填“变大”、“变小”或“不变” ）； （4）若把用电器Z 接入如图所示的电路中时，电流表的读数为0.10A ，已知A 、B 两端电压恒为1.5V ，则定值电阻R 0阻值为____10____Ω。 U /V 0.0 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 I /A 0.000 0.050 0.100 0.150 0.180 0.195 0.205 0.215 A R 0 Z A B A Z A V 甲 Z A V 乙

高中物理磁场习题200题(带答案)

一、选择题 1.如图所示,一电荷量为q的负电荷以速度v射入匀强磁场中.其中电荷不受洛仑兹力的是(） A. B. C. Ｄ. 【答案】C 【解析】 由图可知，ＡBD图中带电粒子运动的方向都与粗糙度方向垂直，所以受到的洛伦兹力都等于qvB，而图C中,带电粒子运动的方向与磁场的方向平行，所以带电粒子不受洛伦兹力的作用.故C正确，ABD错误.故选Ｃ. 2.如图所示为电流产生磁场的分布图，其中正确的是( ） A. B．C． D. 【答案】D 【解析】 A中电流方向向上,由右手螺旋定则可得磁场为逆时针（从上向下看），故A错误;B图电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针（从上向下看),故Ｂ错误；C图中电流为环形电流，由由右手螺旋定则可知,内部磁场应向右,故C错误；Ｄ图根据图示电流方向，由右手螺旋定则可知,内部磁感线方向向右,故Ｄ正确；故选D. 点睛：因磁场一般为立体分布,故在判断时要注意区分是立体图还是平面图,并且要能根据立体图画出平面图,由平面图还原到立体图． 3.下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流Ｉ、磁场的磁感应强度Ｂ和所受磁场力F的方向，其中图示正确的是( ) A．Ｂ. Ｃ． D.

【答案】C 【解析】 根据左手定则的内容：伸开左手,使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向,可得: A、电流与磁场方向平行，没有安培力,故A错误； B、安培力的方向是垂直导体棒向下的,故Ｂ错误； C、安培力的方向是垂直导体棒向上的,故Ｃ正确;?Ｄ、电流方向与磁场方向在同一直线上,不受安培力作用，故D错误.故选C. 点睛:根据左手定则直接判断即可，凡是判断力的方向都是用左手，要熟练掌握,是一道考查基础的好题目. 4.如图所示，水平地面上固定着光滑平行导轨，导轨与电阻R连接，放在竖直向上的匀强磁场中，杆的初速度为ｖ０，不计导轨及杆的电阻，则下列关于杆的速度与其运动位移之间的关系图像正确的是（) Ａ． B. Ｃ. D. 【答案】C 【解析】 导体棒受重力、支持力和向后的安培力；?感应电动势为:E=BLv 感应电流为:I=E R 安培力为：F=BIL=B 2L2v R =ma=m△v △t 故:B 2L2v R △t＝m△v 求和，有:B 2L2 R ∑v△t＝m∑△v 故:B 2L2 R x＝m(v0?v) 故v与ｘ是线性关系;故Ｃ正确,ＡBＤ错误;故选：C． 5．如图所示，直角三角形ABＣ中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿AＢ方向射入磁场,粒子仅受磁场力作用,分别从ＡC边上的P、Q两点射出，则()

2015高中物理磁场经典计算题 (一)含详解

磁场综合训练（一） 1.弹性挡板围成边长为L = 100cm 的正方形abcd ，固定在光滑的水平面上，匀强磁场竖直向 下，磁感应强度为B = 0.5T ，如图所示. 质量为m =2×10-4kg 、带电量为q =4×10-3C 的小 球，从cd 边中点的小孔P 处以某一速度v 垂直于cd 边和磁场方向射入，以后小球与挡板 的碰撞过程中没有能量损失. （1）为使小球在最短的时间内从P 点垂直于dc 射出来，小球入射的速度v 1是多少？ （2）若小球以v 2 = 1 m/s 的速度入射，则需经过多少时间才能由P 点出来？ 2. 如图所示, 在区域足够大空间中充满磁感应强度大小为B 的匀强磁场,其方向垂直于纸面 向里.在纸面内固定放置一绝缘材料制成的边长为L 的等边三角形框架DEF , DE 中点S 处 有一粒子发射源,发射粒子的方向皆在图中截面内且垂直于DE 边向下，如图（a ）所示. 发射粒子的电量为+q ,质量为m ,但速度v 有各种不同的数值.若这些粒子与三角形框架碰撞 时均无能量损失,并要求每一次碰撞时速度方向垂直于被碰的边.试求： （1）带电粒子的速度v 为多大时,能够打到E 点? （2）为使S 点发出的粒子最终又回到S 点,且运动时间最短,v 应为多大?最短时间为多少? （3）若磁场是半径为a 的圆柱形区域，如图（b ）所示(图中圆为其横截面)，圆柱的轴线 通过等边三角形的中心O ，且a = L .要使S 点发出的粒子最终又回到S 点， 带电粒子速度v 的大小应取哪些数值？ a b c d B P v L B v E S F D （a ） a O E S F D L v （b

高中物理磁场测试题

《磁场》学习效果自我评估检测题一 班级 姓名 一、选择题（本题共8小题，每小题至少有一答案正确,) １、如图所示，一束带负电粒子沿着水平方向向右飞过磁针正上方, 磁针Ｎ极将………（ ) A 、向纸内偏转 B 、向纸外偏转 C 、不动 D 、无法确定 2、下列说法正确的是………………………………………………………………………( ） A 、磁感线上某点切线方向就是该点磁感强度方向 B 、沿着磁感线方向磁感强度越来越小 C 、磁感线越密的地方磁感强度越大 D 、磁感线是客观存在的真实曲线 3、下列说法正确的是………………………………………………………………………（ ) A 、一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处磁感强度为零 B 、由IL F B = 可知，磁感强度大小与放入该处的通电导线I 、L 的乘积成反比 Ｃ、因为IL F B =，故导线中电流越大,其周围磁感强度越小 D 、磁感强度大小和方向跟放在磁场中通电导线所受力的大小和方向无关 ４、关于洛伦兹力,以下说法正确的是……………………………………………………( ) A 、带电粒子运动时不受洛伦兹力作用，则该处的磁感强度为零 Ｂ、磁感强度、洛伦兹力、粒子的速度三者之间一定两两垂直 C 、洛伦兹力不会改变运动电荷的速度 D 、洛伦兹力对运动电荷一定不做功 5、在回旋加速器中……………………………………………………………………………（ A 、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转 B 、电场和磁场同时用来加速带粒子 Ｃ、在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大 D 、同一带电粒子得到的最大动能只与交流电源的电压大小有关,而与电源的频率无关 6、如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在它的正中央上方固定一直导线,导线与磁场垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则………………………………………（ ) A 、磁铁对桌面压力增大 B 、磁场对桌面压力减小 C 、桌面对磁铁没有摩擦力 Ｄ、磁铁所受合力不为零 7、如图,a 、b 、c 、ｄ是四根长度相同，等间距地被竖直固定在同一平面上的通电长直导线,当它们通以大小相等,方向如图的电流时，各导线所受磁场力的合力情况是( ） Ａ、导线ａ受力方向向左 B 、导线ｂ受力方向向左 C 、导线c 受力方向向左 D 、导线d 受力方向向右 ８、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小,(电荷不变），从图中可以确定…………………………………………………………（ ) v N I

高中物理磁场部分难题专练

2．如图所示,带正电的物块Ａ放在不带电的小车B上,开始时都静止,处于垂直纸面向里的匀强磁场中．ｔ=0时加一个水平恒力Ｆ向右拉小车B，t=t1时A相对于B开始滑动．已知地面是光滑的.ＡＢ间粗糙，A带电量保持不变，小车足够长．从ｔ＝0开始A、B的速度﹣时间图象,下面哪个可能正确(） A. Ｂ． C. D． 解答：解:分三个阶段分析本题中A、B运动情况： 开始时A与B没有相对运动,因此一起匀加速运动.A所受洛伦兹力向上,随着速度的增加而增加,对A 根据牛顿第二定律有：ｆ=ｍa．即静摩擦力提供其加速度，随着向上洛伦兹力的增加,因此Ａ与Ｂ之间的压力减小，最大静摩擦力减小,当A、B之间的最大静摩擦力都不能提供Ａ的加速度时,此时ＡB将发生相对滑动. 当Ａ、B发生发生相对滑动时,由于向上的洛伦兹力继续增加,因此A与Ｂ之间的滑动摩擦力减小,故Ａ的加速度逐渐减小,Ｂ的加速度逐渐增大． 当A所受洛伦兹力等于其重力时，A与B恰好脱离，此时Ａ将匀速运动,B将以更大的加速度匀加速运动. 综上分析结合v﹣t图象特点可知ABＤ错误，Ｃ正确．故选C. ３.如图所示，纸面内有宽为L水平向右飞行的带电粒子流，粒子质量为m，电量为+q，速率为v0,不考虑粒子的重力及相互间的作用,要使粒子都汇聚到一点，可以在粒子流的右侧虚线框内设计一匀强磁场区域，则磁场区域的形状 及对应的磁感应强度可以是哪一种（)(其中B0＝,A、Ｃ、Ｄ选项中曲线均为半径是L 的圆弧,B选项中曲线为半径是的圆） A. B．Ｃ. D. 解答:解:由于带电粒子流的速度均相同，则当飞入Ａ、B、C这三个选项中的磁场时，它们的轨迹对应的半径均相同.唯有Ｄ选项因为磁场是2B０，它的半径是之前半径的2倍.然而当粒子射入B、C两选项时,均不可能汇聚于同一点.而D选项粒子是向上偏转,但仍不能汇聚一点.所以只有Ａ选项，能汇聚于一点． 故选:Ａ

高中物理磁场综合练习及答案

高中物理磁场综合练习及答案 高中物理磁场综合练习及答案 一、选择题（本题10 小题，每小题 5 分，共50 分） 1. 一个质子穿过某一空间而未发生偏转，则（） A. 可能存在电场和磁场，它们的方向与质子运动方向相同 B. 此空间可能有磁场，方向与质子运动速度的方向平行 C. 此空间可能只有磁场，方向与质子运动速度的方向垂直 D. 此空间可能有正交的电场和磁场，它们的方向均与质子速度的方向垂直 答案ABD 解析带正电的质子穿过一空间未偏转，可能不受力，可能受力平衡，也可能受合外力方向与速度方向在同一直线上. 2. 两个绝缘导体环AA′ 、BB′ 大小相同， 环面垂直，环中通有相同大小的恒定电流，如图 1 所示，则圆心0处磁感应强度的方向为（AA′面水平，BB′ 面垂直纸面） A. 指向左上方 B. 指向右下方 C. 竖直向上 D. 水平向右 答案A 3. 关于磁感应强度B,下列说法中正确的是（）

A. 磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关 B. 磁场中某点B的方向，跟该点处试探电流元所受磁场力的方向一致 C. 在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时，该点B 值大小为零 D. 在磁场中磁感线越密集的地方，B值越大 答案D 解析磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，与试探电流元无关. 而磁感线可以描述磁感应强度，疏密程度表示大小. 4. 关于带电粒子在匀强磁场中运动，不考虑其他场力 （重力）作用，下列说法正确的是（） A. 可能做匀速直线运动 B. 可能做匀变速直线运动 C. 可能做匀变速曲线运动 D .只能做匀速圆周运动 答案A 解析带电粒子在匀强磁场中运动时所受的洛伦兹力 跟速度方向与磁场方向的夹角有关，当速度方向与磁场方向平行时，它不受洛伦兹力作用，又不受其他力作用，这时它将做匀速直线运动，故A项正确.因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，改变速度方向，因而同时也改变洛伦兹力的方向，故洛伦兹力是

高中物理磁场题型练习

一. 质谱仪问题 1.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具．它的构造原理如图所示，离子源S产生带电量为q的某种正离子，离子射出时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上．实验测得：它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子束流的电流为I．请回答下列问题： （1）在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为多少？ （2）单位时间穿过入口处S1离子束流的能量为多少？ （3）试证明这种离子的质量为． 2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场(加速电场极板间的距离为d、电势差为U) 加速，然后垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最后到达 记录它的照相底片P上．设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x. (1)求该离子的荷质比． (2)若离子源产生的是带电量为q、质量为m1和m2的同位素离子(m1> m2)，它们分 别到达照相底片上的P1、P2位置(图中末画出)，求P1、P2间的距离△x。 (3)若第(2)小题中两同位素离子同时进入加速电场，求它们到达照相底片上的时间差△t(磁场边界与靠近磁场边界的极板间的距离忽略不计)． 二. 弧形轨迹问题 1.如图所示，一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场，在ad边中点O，方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad边夹角θ=30°、大小为v0的带正电粒子，已知粒子质量为m，电量为q，ad边长为L，ab边足够长，粒子重力不计，求： （1）粒子能从ab边上射出磁场的v0大小范围． （2）如果带电粒子不受上述v0大小范围的限制，求粒子在磁场中运动的最 长时间． 2.如图所示，在矩形abcd区域内存在着匀强磁场，甲、乙两带电粒子从顶角c处沿cd方向射入磁场，甲从p处射出，乙从q处射出，已知甲的比荷是乙的比荷的2倍，cp连线和cq连线与cd边分别成60°和30°角，不计两粒子的重力．

2018高三物理几种类型磁场难题及解析

2018高三物理几种类型磁场难题及解析 1、一个质量为m，带电量为q的带电粒子（不计重力），以初速v0沿X轴正方向运动，从图中原点O处开始进入一个 边界为圆形的匀强磁场中，已知磁场方向垂直于纸面，磁感强度大小为B.粒子飞出磁场区域后,从P处穿过Y轴,速度方向与Y轴正方向的夹角为θ=300, 如图所示,求： （1）圆形磁场的最小面积。 （2）粒子从原点O处开始进入磁场到达P点经历的时间。 2、如图所示，在空间中固定放置一绝缘材料制成的边长为L的刚性等边三边形框架△DEF，DE边上S点（） 处有一发射带正电的粒子源，发射粒子的方向皆在图中截面内且垂直于DE边向下.发射的电量皆为q，质量皆为m,但速度v有各种不同的值．整个空间充满磁感应强度大小为B，方向垂直截面向里的均匀磁场。设粒子与△DEF 边框碰撞时没有能量损失和电量传递。求： （1）带电粒子速度的大小为v时，做匀速圆周运动的半径 （2）带电粒子速度ｖ的大小取那些数值时，可使S点发出 的粒子最终又垂直于DE边回到S点? （3）这些粒子中，回到S点所用的最短时间是多少? 3、如图甲所示为电视机中显象管示意图，电子枪中灯丝加热阴极而逸出电子，这些电子再经加速电场加速后，从O 点进入由磁偏转线圈产生的偏转磁场中，经偏转磁场后打到荧光屏MN上，使荧光屏发出荧光形成图象。不计逸出电子的初速度和重力。已知电子质量为m,电量为e,加加速电场的电压为U。偏转线圈产生的磁场分布在边长为L 的正方形abcd区域内，磁场方向垂直纸面，且磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示。在每个周期内磁感应强

度都是从-B均匀变化到B。磁场区域的左边界的中点与O点重合，ab边与OO′平行，右边界bc与荧光屏之间的距离为S。由于磁场区域较小，且电子运动的的速度很大，所以在每个电子通过磁场区域的过程中，可认为磁感应强度不变，即为稳定的匀强磁场，不计电子之间的相互作用。 1）求电子射出电场时的速度大小。 2）为使所有的电子都能从磁场的bc 边射出，求偏转线圈产生磁场的磁感应强度的最大值。 3）荧光屏上亮线的最大长度是多少？ 4、如图（a）所示，在x≥0的区域内有如图（b）所示大小不变、方向随时间周期性变化的磁场，磁场方向垂直纸面 向外时为正方向。现有一个质量为m，电量为q的带正电的粒子（不计重力），在t=0时刻从坐标原点O以速度v 沿与x轴正方向成30°射入磁场，粒子运动一段时间后到达P点，此时粒子的速度与x轴正方向的夹角仍为30°。 如图（a）所示 （1）若B0为已知量，试求带电粒子在磁场中运动的轨道半径R和周期T0的表达式。 （2）若B0为未知量，但已知P点的坐标为（a,0），带电粒子第一次通过x轴时就经过P点，求磁场变化周期T 应满足的条件。 （3）若B0为未知量，但已知P点的坐标为（a,0），且带电粒子通过P点的时间大于T/2，求磁感应强度B0和磁场变化周期T。 5、如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形 区域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为60o。一质量为m、带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30o角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）。

高中物理磁场习题200题(带答案)

评卷人得分 一、选择题 1．如图所示，一电荷量为q的负电荷以速度v射入匀强磁场中．其中电荷不受洛仑兹力的是() A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 由图可知，ABD图中带电粒子运动的方向都与粗糙度方向垂直，所以受到的洛伦兹力都等于qvB，而图C中，带电粒子运动的方向与磁场的方向平行，所以带电粒子不受洛伦兹力的作用．故C正确，ABD错误．故选C. 2．如图所示为电流产生磁场的分布图，其中正确的是() A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 A中电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针（从上向下看），故A错误；B 图电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针（从上向下看），故B错误；C图中电流为环形电流，由由右手螺旋定则可知，内部磁场应向右，故C错误；D图根据图示电流方向，由右手螺旋定则可知，内部磁感线方向向右，故D正确；故选D. 点睛：因磁场一般为立体分布，故在判断时要注意区分是立体图还是平面图，并且要能根据立体图画出平面图，由平面图还原到立体图. 3．下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受磁场力F的方向，其中图示正确的是() A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 根据左手定则的内容：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，可得： A、电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；

B、安培力的方向是垂直导体棒向下的，故B错误； C、安培力的方向是垂直导体棒向上的，故C正确； D、电流方向与磁场方向在同一直线上，不受安培力作用，故D错误．故选C. 点睛：根据左手定则直接判断即可，凡是判断力的方向都是用左手，要熟练掌握，是一道考查基础的好题目. 4．如图所示，水平地面上固定着光滑平行导轨，导轨与电阻R连接，放在竖直向上的匀强磁场中，杆的初速度为v0，不计导轨及杆的电阻，则下列关于杆的速度与其运动位移之间的关系图像正确的是（） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 导体棒受重力、支持力和向后的安培力； 感应电动势为：E=BLv 感应电流为： 安培力为： 故： 求和，有： 故： 故v与x是线性关系；故C正确，ABD错误；故选：C． 5．如图所示，直角三角形ABC中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁场，粒子仅受磁场力作用，分别从AC边上的P、Q两点射出，则() A. 从P射出的粒子速度大 B. 从Q射出的粒子速度大 C. 从P射出的粒子，在磁场中运动的时间长 D. 两粒子在磁场中运动的时间一样长【答案】BD 【解析】 试题分析：粒子在磁场中做圆周运动，根据题设条件作出粒子在磁场中运动的轨迹，根

高中物理 几种常见的磁场练习题

高中物理 几种常见的磁场练习题 一、选择题 1、对于通有恒定电流的长直螺线管，下列说法中正确的是( ) A ．放在通电螺线管外部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的S 极 B ．放在通电螺线管外部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的N 极 C ．放在通电螺线管内部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的S 极 D ．放在通电螺线管内部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的N 极 解析：由通电螺线管周围的磁感线分布知在外部磁感线由螺线管的N 极指向S 极，在 内部由S 极指向N 极，小磁针静止时N 极指向为该处磁场方向．答案：AD 2、如上图所示ab 、cd 是两根在同一竖直平面内的直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，静止时在同一竖直平面内，当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针N 极向纸面里转动，则两导线中的电流方向( ) A ．一定都是向上 B ．一定都是向下 C ．ab 中电流向下，cd 中电流向上 D ．ab 中电流向上，cd 中电流向下 解析：小磁针所在位置跟两导线距离相等，两导线中的电流在该处磁感应强度大小相等，小磁针N 极向里转说明合磁感应强度方向向里，两电流在该处的磁感应强度均向里，由安培定则可判知ab 中电流向上，cd 中电流向下，D 正确． 答案：D 3、如上图所示，矩形线圈abcd 放置在水平面内，磁场方向与水平方向成 α角，已知sin α＝45，线圈面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，则通过线 圈的磁通量为( ) A ．BS B.4BS 5 C.3BS 5 D.3BS 4 解析：B 与S 有夹角α，则Φ＝BS sin α＝45 BS .答案：B 4、如下图所示，a 、b 是两根垂直纸面的直导体通有等值的电流，两导线外有一点P ，P 点到a 、b 距离相等，要使P 点的磁场方向向右，则a 、b 中电流的方向为( ) A ．都向纸里 B ．都向纸外 C ．a 中电流方向向纸外，b 中向纸里 D ．a 中电流方向向纸里，b 中向纸外 解析：a 、b 中电流等值，P 点与a 、b 等距，故a 、b 中电流在P 点磁感应强度大小相等，P 点合磁感应强度水平向右，以平行四边形定则和安培定则可判知a 中电流向外，b 中电流向里，C 正确． 5、如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I 1和I 2，且 I 1＞I 2；a 、b 、c 、d 为导线某一横截面所在平面内的四点，且a 、b 、c 与两导线 共面；b 点在两导线之间，b 、d 的连线与导线所在平面垂直．磁感应强度可能 为零的点是( ) A ．a 点 B ．b 点 C ．c 点 D ．d 点 解析：根据右手螺旋定则，I 1和I 2虽然在a 点形成的磁感应强度的方向相反，但由于I 1＞I 2，且a 点距I 1较近，a 点的磁感应强度的方向向上，所以不可能为零，A 错；同理c 点的磁感应强度可能为零，C 正确；I 1，I 2在b 点形成的磁感应强度的方向相同，不可能为零，B 错；因b 、d 的连线与导线所在平面垂直，d 点也在两导线之间，I 1、I 2在d 点形成的磁感应强度的方向不可能相反，磁感应强度不可能为零，D 错．答案：C

高中物理带电子在磁场中的运动知识点汇总

难点之九：带电粒子在磁场中的运动一、难点突破策略 （一）明确带电粒子在磁场中的受力特点 1. 产生洛伦兹力的条件： ①电荷对磁场有相对运动．磁场对与其相对静止的电荷不会产生洛伦兹力作用． ②电荷的运动速度方向与磁场方向不平行． 2. 洛伦兹力大小： 当电荷运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力f=0； 当电荷运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大，f=qυB ； 当电荷运动方向与磁场方向有夹角θ时，洛伦兹力f= qυB ·sin θ 3. 洛伦兹力的方向：洛伦兹力方向用左手定则判断 4. 洛伦兹力不做功． （二）明确带电粒子在匀强磁场中的运动规律 带电粒子在只受洛伦兹力作用的条件下： 1. 若带电粒子沿磁场方向射入磁场，即粒子速度方向与磁场方向平行，θ＝0°或180°时，带电粒子粒子在磁场中以速度υ做匀速直线运动． 2. 若带电粒子的速度方向与匀强磁场方向垂直，即θ＝90°时，带电粒子在匀强磁场中以入射速度υ做匀速圆周运动． ①向心力由洛伦兹力提供： R v m qvB 2 = ②轨道半径公式： qB mv R = ③周期： qB m 2v R 2T π=π= ，可见T 只与q m 有关，与v 、R 无关。 （三）充分运用数学知识（尤其是几何中的圆知识，切线、弦、相交、相切、磁场的圆、轨迹的圆）构建粒子运动的 物理学模型，归纳带电粒子在磁场中的题目类型，总结得出求解此类问题的一般方法与规律。 1. “带电粒子在匀强磁场中的圆周运动”的基本型问题 （1）定圆心、定半径、定转过的圆心角是解决这类问题的前提。确定半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础， 有时需要建立运动时间t 和转过的圆心角α之间的关系（ T 2t T 360t πα=α= 或）作为辅助。圆心的确定，通常有以下 两种方法。 ① 已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图9-1中P 为入射点，M 为出射点）。 ② 已知入射方向和出射点的位置，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图9-2,P 为入射点，M 为出射点）。 （2）半径的确定和计算：利用平面几何关系，求出该圆的可能半径或圆心角。并注意以下两个重要的特点： ① 粒子速度的偏向角?等于回旋角α，并等于AB 弦与切线的夹角（弦切角θ）的2倍，如图9-3所示。即： 图9-1 图9-2 图9-3

高中物理磁场部分难题专练(计算题)(学生用)

15．（2014?江油市模拟）如图（甲）所示，在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场，右侧有一个以点（3L，0）为圆心、半径为L的圆形区域，圆形区域与x轴的交点分别为M、N．现有一质量为m，带电量为e的电子，从y轴上的A点以速度v0沿x轴正方向射入电场，飞出电场后从M点进入圆形区域，速度方向与x轴夹角为30°．此时在圆形区域加如图（乙）所示周期性变化的磁场，以垂直于纸面向外为磁场正方向），最后电子运动一段时间后从N飞出，速度方向与进入磁场时的速度方向相同（与x轴夹角也为30°）．求： （1）电子进入圆形磁场区域时的速度大小； （2）0≤x≤L区域内匀强电场场强E的大小； （3）写出圆形磁场区域磁感应强度B0的大小、磁场变化周期T各应满足的表达式． 16．（2014?东城区一模）如图所示为一种获得高能粒子的装置．环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的匀强磁场．M、N为两块中心开有小孔的距离很近的极板，板间距离为d，每当带电粒子经过M、N板时，都会被加速，加速电压均为U；每当粒子飞离电场后，M、N板间的电势差立即变为零．粒子在电场中一次次被加速，动能不断增大，而绕行半径R不变．当t=0时，质量为m、电荷量为+q的粒子静止在M板小孔处．（1）求粒子绕行n圈回到M板时的速度大小v n； （2）为使粒子始终保持在圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，求粒子绕行第n圈时磁感应强度B n的大小； （3）求粒子绕行n圈所需总时间t ． 总

17．（2014?锦州一模）如图所示，圆心为坐标原点、半径为R的圆将xoy平面分为两个区域，即圆内区域Ⅰ和圆外区域Ⅱ．区域Ⅰ内有方向垂直于xoy平面的匀强磁场B1．平行于x轴的荧光屏垂直于xoy平面，放置在坐标y=﹣2.2R的位置．一束质量为m电荷量为q动能为E0 的带正电粒子从坐标为（﹣R，0）的A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ，当区域Ⅱ内无磁场时，粒子全部打在荧光屏上坐标为（0，﹣2.2R）的M点，且此时，若将荧光屏沿y轴负方向平移，粒子打在荧光屏上的位置不变．若在区域Ⅱ内加上方向垂直于xoy平面的匀强磁场B2，上述粒子仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ，则粒子全部打在荧光屏上坐标为（0.4R，﹣2.2R）的N点．求 （1）打在M点和N点的粒子运动速度v1、v2的大小．（2）在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小和方向． （3）若将区域Ⅱ中的磁场撤去，换成平行于x轴的匀强电场，仍从A点沿x轴正方向射入区域Ⅰ的粒子恰好也打在荧光屏上的N点，则电场的场强为多大？ 18．（2013?吉林二模）如图所示，相距为R的两块平行金属板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存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场．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、带电量为+q的粒子，经s1进入M、N间的电场后，通过s2进入磁场．粒子在s1处的速度和粒子所受的重力均不计． （1）当M、N间的电压为U时，求粒子进入磁场时速度的大小υ； （2）若粒子恰好打在收集板D的中点上，求M、N间的电压值U0； （3）当M、N间的电压不同时，粒子从s1到打在D上经历的时间t会不同，求t的最小值．