题目内容

【题目】在如图甲所示的平面坐标系xOy内,正方形区域(0<x<d0 <y<d)内存在垂直xOy平面周期性变化的匀强磁场,规定图示磁场方向为正方向,磁感应强度B的变化规律如图乙所示,变化的周期T可以调节,图中B0为己知。在x=d处放置一垂直于x轴的荧光屏,质量为m、电荷量为q的带负电粒子在t=0时刻从坐标原点O沿y轴正方向射入磁场,不计粒子重力。

1)调节磁场的周期,满足T>,若粒子恰好打在屏上Pd0)处,求粒子的速度大小v

2)调节磁场的周期,满足T=,若粒子恰好打在屏上Qdd)处,求粒子的加速度大小a

3)粒子速度大小为v0=时,欲使粒子垂直打到屏上,周期T应调为多大?

【答案】1;(2(其中 k=123……);(3T=,其中sin==arcsinsin==arcsinsin==arcsin

【解析】

1)粒子的运动轨迹如图所示:

由洛伦兹力提供向心力,有:

qvB =m

几何关系可得:

2R1=d

联立解得:

2)粒子的轨迹如图所示:

由几何关系可得:

,其中 k=123……

可得:

联立可得:

,其中k=123……

3)洛伦兹力提供向心力,有:

qvB=m

粒子运动轨迹如图所示,

在每个磁感应强度变化的周期内,粒子在图示AB两个位置可能垂直击中屏,且满足要求0<<

设粒子运动的周期为T,由题意得:

设经历完整TB的个数为n n = 0123……

I)若粒子运动至A点击中屏,据题意由几何关系得:

R+2R+Rsinn=d

n=0 1时无解;

n=2时,sin==arcsin

n>2时无解。

II)若粒子运动至B点击中屏,据题意由几何关系得:

R+2Rsin+2R+Rsinn=d

n=0时无解。

n=1时,sin==arcsin

n=2时:sin==arcsin

n>2 时无解

综合得:

T=

其中sin==arcsinsin==arcsinsin==arcsin

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