题目内容
【题目】如图,直线MN两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向里,左侧磁场的磁感应强度大小为B,右侧磁场的磁感应强度大小为2B。一质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子,以速度v沿与NM夹角θ=方向第1次经过MN上的O点射入右侧磁场中,不计粒子重力。求:
(1)粒子第2次经过MN时的位置与O点的距离;
(2)粒子从离开O点到第2次经过O点经历的时间。
【答案】(1) (2)
【解析】
(1)画出粒子的运动轨迹,结合几何关系和牛顿第二定律求解粒子第2次经过MN时的位置与O点的距离;(2)分析粒子的运动情况,画出轨迹图,结合周期公式求解粒子从离开O点到第2次经过O点经历的时间。
(1)设粒子在右侧磁场中做圆周运动的圆心为C1,半径为r1;第二次经过MN时与MN相交与A,运动轨迹如图,
由几何关系可知:
根据牛顿第二定律
解得
(2)设粒子进入左侧磁场中做圆周运动的圆心为C2,半径为r2,第三次经过MN时交点为D,如图:可知r2=2r1过C2向MN左垂线,恰好与MN相交与O点,OD=OA, 粒子从D点再次进入右侧磁场中运动,轨迹与O到A过程相同;
粒子恰好再次经过O点,粒子在右侧磁场中做圆周运动的周期:
粒子在左侧磁场中做圆周运动的周期:
粒子从O到A经历的时间
粒子从A到D经历的时间
粒子连续两次经过O点的时间为t=2t1+t2
解得
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