Question

(14分)如图甲所示，在xOy坐标平面y轴左侧有一速度选择器，速度选择器中的匀强电场方向竖直向下，两板间的电压为U，距离为d；匀强磁场磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。xOy坐标平面的第一象限(包括x、y轴)内存在磁感应强度大小为B_O、方向垂直于xOy平面且随时间做周期性变化的匀强磁场，如图乙所示(磁场方向垂直xOy平面向里的为正)。一束比荷不同的带正电的粒子恰能沿直线通过速度选择器，在t=0时刻从坐标原点O垂直射人周期性变化的磁场中。部分粒子经过一个磁场变化周期T_O后，速度方向恰好沿x轴正方向。不计粒子的重力，求：

(1)粒子进入周期性变化的磁场的速度”；
(2)请用三角板和圆规作出经一个磁场变化周期T_O后，速度方向恰好沿x轴正方向，且此时纵坐标最大的粒子的运动轨迹，并求出这种粒子的比荷上；
(3)在(2)中所述的粒子速度方向恰好沿x轴正方向时的纵坐标y。

Answer 1

（1）（2）（3）

2
试题分析：（1）粒子沿直线通过速度选择器，即受力平衡，
得
（2）根据磁场的周期性变化，粒子在匀强磁场中的圆周运动轨迹也是对称的，只要没有离开磁场，经过一个磁场变化周期后速度都会沿X轴正向，即与初速度方向同。恰好不离开磁场时，纵坐标最大，如下图

设粒子在匀强磁场中运动的半径为R，则根据上图中几何关系得，即
设粒子圆周运动周期为T，则有
所以
根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有圆周运动的周期
整理可得
(3)有几何关系可得
带电粒子在匀强磁场中做圆周运动
整理得