题目内容


如图所示,空间某竖直平面内有一条折线是磁场的分界线,在折线的两侧分布着方向相反、与平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小均为B。折线的顶角∠A=90°,PQ是折线上的两点,AP=AQ=L。现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从P点沿PQ方向射出,不计粒子的重力。

(1)若在PQ间加一与磁场方向垂直的匀强电场,能使粒子以速度v0P点沿直线运动到Q点,求场强大小和方向。

(2)撤去电场,为使粒子从P点射出后,途经折线的顶点A到达Q点,则初速度v应满足什么条件?并求出粒子从P点到达Q点所用时间的最小值。


(1)粒子从P点沿PQ直线运动到Q点,所受电场力与洛伦兹力平衡,有:

qE = qv0B ………  (2分)解得:E = v0B  ………  (1分)

方向竖直向下………  (1分)

(2)根据运动的对称性,粒子能从P点经A点到达Q点,运动轨迹如图所示。

满足:L = nx  ………  (1分)

其中x为每次偏转圆弧对应的弦长,偏转圆弧对应的圆心角为 ………  (1分)

设圆弧的半径为R,则有:2R2 = x2 ………  (1分) 

解得:………  (1分)

  ………  (1分)

解得:n =1、2、3……)(1分)

n取奇数时,粒子从PAQ过程中圆心角的总和为:

θ1 = n+ n= 2nπ  ………  (1分)

PAQ的总时间t1 = =  (n=1、3、5……) ………  (1分)

n取偶数时,粒子从PAQ过程中圆心角的总和为:

θ2 = n+ n= nπ  ………  (1分)

PAQ的总时间t2 = =  (n=2、4、6……) ………  (1分)

综合上述两种情况,可得微粒从P点到达Q点所用时间的最小值为:

tmin =    ………  (1分)


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