题目内容

3.如图所示的xoy平面内有一半径为R、以坐际原点O为圆心的圆形磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,在直线x=R和x=3R之间有向y轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E,在坐标原点O有一离子源向y轴正方向发射某一速率的带电离子,离子射出磁场时速度与x轴平行,射出磁场一段时间后迸人电场,最终从x轴上的P(3R,0)点射出电场,不计离子重力,求带电离子的速率及比荷.

分析 (1)粒子在磁场做做匀速圆周运动,根据题意作出粒子运动轨迹,然后求出粒子的轨道半径,应用牛顿第二定律求出粒子的速率.
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,离开磁场进入电场前做匀速直线运动,进入电场后做类平抛运动,根据类平抛运动和几何关系计算离子的比荷.

解答 解:(1)粒子在磁场做做匀速圆周运动,运动轨迹如图所示,
由几何知识得:r2+r2=R2,解得:r=$\frac{\sqrt{2}}{2}$R,
洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:
qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$,解得,粒子速率:v=$\frac{\sqrt{2}qBR}{2m}$;
(2)粒子在电场中做类平抛运动,
水平方向:2R=vt,
竖直方向:r=$\frac{1}{2}$at2=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}$t2,
解得:$\frac{q}{m}$=$\frac{4\sqrt{2}E}{{B}^{2}R}$;
答:带电离子的速率为:$\frac{\sqrt{2}qBR}{2m}$,比荷为$\frac{4\sqrt{2}E}{{B}^{2}R}$.

点评 本题考查了求粒子的速率、粒子的比荷问题,分析清楚粒子运动过程作出粒子运动轨迹是解题的关键;作出粒子运动轨迹后求出粒子做圆周运动的轨道半径,然后应用牛顿第二定律可以求出粒子的速率,应用类平抛运动规律可以求出比荷.

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