题目内容
(18分)如图所示,一带电粒子以某一速度在竖直平面内做匀速直线运动,经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的最小的圆形匀强磁场区域(图中未画出磁场区域),粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场. 电场强度大小为E,方向竖直向上. 当粒子穿出电场时速度大小变为原来的倍. 已知带电粒子的质量为m,电量为q,重力不计. 粒子进入磁场前的速度与水平方向成60°角. 试解答:
(1)粒子带什么电?
(2)带电粒子在磁场中运动时速度多大?
(3)该最小的圆形磁场区域的面积为多大?
(1)负电
(2)
(3)
解析:(1)根据粒子在磁场中偏转的情况和左手定则可知,粒子带负电. (2分)
(2)由于洛伦兹力对粒子不做功,故粒子以原来的速率进入电场中,设带电粒子进入
电场的初速度为v0,在电场中偏转时做类平抛运动,由题意知粒子离开电场时的
末速度大小为,将分解为垂直于电场方向(X方向)和平行于电场方向(y方向)的两个分速度:由几何关系知
①…………(1分)
②…………(1分)
③…………(1分)
④…………(1分)
F=Eq ⑤…………(1分)
联立①②③④⑤求解得: ⑥…………(2分)
(3)如图所示,带电粒子在磁场中所受洛伦兹力作为向心力,设在磁场中做圆周运动的半径为R,圆形磁场区域的半径为r,则:
⑦…………(2分)
⑧…………(3分)
由几何知识可得: ⑨…………(1分)
磁场区域的最小面积为 ⑩…………(1分)
联立⑧⑨⑩求解得S= …………(2分)
A、粒子从A点射入,速率逐渐减小 | B、粒子从A点射入,速率逐渐增大 | C、粒子带负电,从B点射入磁场 | D、粒子带正电,从A点射入磁场 |
A、粒子带正电 | B、粒子加速度不断变小 | C、粒子在A点时动能较大 | D、B点场强小于A点场强 |