题目内容

【题目】如图所示,等边三角形AQC的边长为2LPD分别为AQAC的中点.水平线QC以下是向左的匀强电场,区域(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B0;区域(三角形APD)内的磁场方向垂直纸面向里,区域(虚线PD之上、三角形APD以外)的磁场与区域内大小相等、方向相反.带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为LO点以某一速度射入电场,在电场作用下以速度v0垂直QC到达该边中点N,经区域再从P点垂直AQ射入区域(粒子重力忽略不计)

(1)求该粒子的比荷

(2)求该粒子从O点运动到N点的时间t1和匀强电场的电场强度E

(3)若区域和区域内磁场的磁感应强度大小为3B0,则粒子经过一系列运动后会返回至O点,求粒子从N点出发再回到N点的运动过程所需的时间t

【答案】123

【解析】试题分析:(1)粒子在区域内做匀速圆周运动,圆心为Q点,故半径等于QN,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律列式求解即可;

2)粒子从ON与从NO是逆过程,NO做类平抛运动;故ON的竖直分运动是匀速直线运动,水平分运动是匀加速直线运动,根据分位移公式列式求解即可;

3)画出粒子在磁场中运动轨迹,找出半径与三角形边长的关系,定出时间与周期的关系,求出时间.

解:(1)由题意可知,粒子在区域内做匀速圆周运动,轨道半径为:r1=L

由牛顿第二定律和洛伦兹力表达式得到:

qvB=m

解得:

2)粒子从O点到N点过程中,竖直向上做速度为v0的匀速直线运动,则:

t1=

水平向右做末速度为零的匀减速直线运动,则:

L=

由牛顿第二定律得:

QE=ma

解得:

E=2B0v0

3)带电粒子在区域和区域内做匀速圆周运动,同理由牛顿第二定律和洛伦兹力表达式可得:

r2=

粒子从N点出发再回到N点的运动轨迹如图所示:

在区域中匀速圆周运动周期:T1=

在区域中运动的时间:t2=×2=

在区域和区域中匀速圆周运动周期:T2=

在区域和区域中运动时间:t2=

所以t=t2+t3=

答:(1)该粒子的比荷

2)该粒子从O点运动到N点的时间为,匀强电场的电场强度E2B0v0

3)粒子从N点出发再回到N点的运动过程所需的时间t

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