(2013•陕西一模)如图所示装置中,区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场,电场强度分别为E和[E/2];Ⅱ区

(2013•陕西一模)如图所示装置中,区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场,电场强度分别为E和[E/2];Ⅱ区域内有垂直向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、带电量为q的带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场,经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场,并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中.求:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径
(2)O、M间的距离
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间.
baiyun5007 1年前 已收到1个回答 举报

guohuo123 幼苗

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解题思路:(1)带电粒子在匀强电场Ⅰ中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动,由题意,粒子经过A点的速度方向与OP成60°角,即可求出此时粒子的速度.粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律即可求出轨道半径.
(2)粒子在匀强电场中运动时,由牛顿第二定律求得加速度,在A点,竖直方向的速度大小为vy=v0tan60°,由速度公式求解时间,由位移求得O、M间的距离.
(3)画出粒子在Ⅱ区域磁场中的运动轨迹,由几何知识求出轨迹对应的圆心角θ,根据t=
θ
T
,求出在磁场中运动的时间.粒子进入Ⅲ区域的匀强电场中后,先向右做匀减速运动,后向左做匀加速运动,第二次通过CD边界.由牛顿第二定律和运动学公式结合可求得粒子在Ⅲ区域电场中运行时间,即可求解粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间.

(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,设粒子过A点时速度为v,
由类平抛运动的规律知 v=

v 0
cos60°
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得
Bqv=m
v2
R
所以R=
2mv0
qB
(2)设粒子在电场中运动时间为t1,加速度为a.

则有qE=ma
v0tan60°=at1
即t1=

3mv0
qE
O、M两点间的距离为 L=
1
2a
t21=
3m
v20
2qE
(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2
则由几何关系知轨道的圆心角∠AO1D=60°,则
t2=
T1
6=
πm
3qB
设粒子在Ⅲ区域电场中运行时间为t3,则牛顿第二定律得
a′=
q
E
2
m =
qE
2m
则 t3=2
2v0
a′=
8mv0
qE
故粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为
t=t1+t2+t3=

3mv0
qE+

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题中带电粒子在复合场中运动,运用运动的分解法研究类平抛运动,画轨迹是处理粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的关键.

1年前

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