题目内容

如图在xoy坐标内,在0≤x≤6m的区域存在以ON为界的匀强磁场B1、B2,磁场方向均垂直xoy平面,方向如图,大小均为1T。在x>6m的区域内存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为×104V/m。一带正电的粒子(不计重力),其比荷q/m=1.0×104C/kg,从A板静止出发,经过加速电压(电压可调)加速后从坐标原点O沿x轴正方向射入磁场B1

(1)要使该带电粒子经过坐标为(3,)的P点(P点在ON线上),求最大的加速电压U0
(2)满足第(1)问加速电压的条件下,粒子再次通过x轴时到坐标原点O的距离和速度大小;
(3)粒子从经过O点开始计时,到达P点的时间。

(1)
(2) M点到O点的距离为,通过x轴的速度为;(3)

解析试题分析:(1)加速电压最大时,速度最大,粒子进入磁场过P点的轨迹圆弧半径最大,如图1所示:

由几何知识(圆弧的弦切角等于所对应的圆心角的一半)可知:
粒子在磁场中的轨道半径为
洛伦兹力提供向心力  
根据动能定理,电场加速过程有 
解得
(2)P为ON中点,由轨迹的对称性可知,粒子运动轨迹如图1所示,粒子经过N点,其坐标为(6, 2),并且以平行于x轴的速度射入电场区域,设再次到达x轴的位置为M点,N到M过程中:
x轴方向:
y轴方向:
由动能定理 
联立解得:,M点到O点的距离为
粒子在M点的速度为
(3)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为,与粒子的运动速度无关
粒子通过P点的轨迹还可能如图2所示:

每一段圆弧对应的圆心角都是60°,对应的运动时间都是T/6,考虑到运动的重复性,可知

(如果只求出,本小题给1分)
考点:带电粒子在匀强电场、匀强磁场中的运动

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