题目内容

(16分)如图所示,竖直平面内有一直角坐标系,在y轴的右侧存在无限大的、场强大小为E、水平向左的匀强电场,在y轴的左侧同时存在一个垂直纸面向外、磁感应强度大小为B、水平宽度为a的匀强磁场Ⅰ.有一不计重力、带正电、比荷为的粒子由+x轴上某一位置无初速度释放.

(1)若其恰好经过磁场Ⅰ左边界上P点,求粒子射出磁场Ⅰ的速度v1的大小;

(2)若其恰好经过y轴上的Q点,求粒子从释放开始第一次到达Q所用的时间;

(3)若匀强磁场Ⅰ左侧同时存在一个垂直纸面向里、磁感应强度大小也为B的无限大匀强磁场Ⅱ,要使粒子第二次沿+x方向运动时恰经过y轴上的M点,试求其在+x轴上无初速度释放时的位置坐标.

(1);(2)其中;(3)。

【解析】

试题分析:(1)粒子在电场中加速后射入磁场Ⅰ,在磁场Ⅰ中发生偏转,如下图所示,

由几何关系可知 (1分)

可知粒子在磁场中的轨迹半径 (1分)

由牛顿第二定律得: (1分)

故射出磁场的速度 (1分)

(2)粒子从释放开始到第一次到达Q点,可能轨迹如下图所示,

由几何关系可知:,其中 (2分)

故

粒子在磁场中,

粒子在电场中做匀加速直线运动, 解得 (1分)

粒子在磁场中做匀速圆周运动,通过一个半圆的时间为

从释放开始一直第一次到达Q所用的时间 (2分)

解得其中 (1分)

(特别注明:没有考虑周期性,解得n=1时的正确答案只给2分)

(3)要使粒子第二次沿+x方向运动时恰经过y轴上的M点,轨迹如下图。

如右图所示,在中 O1O2=2r3,O2D=2a,O1D=r3+a

由几何关系可知 (2分)

解得 (1分)

又,粒子在电场中做匀加速直线运动 (2分)

在+x轴上无初速度释放时的位置坐标 (1分)

考点:带电粒子在组合场中的运动。

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