题目内容

如图所示,一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动,经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域(图中未画出磁场区域),粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场.电场强度大小为E,方向竖直向上.当粒子穿出电场时速度大小变为原来的倍.已知带电粒子的质量为m,电量为q,重力不计.粒子进入磁场前的速度如图与水平方向成60°角.试解答:

(1)粒子带什么电性?

(2)带电粒子在磁场中运动时速度多大?

(3)圆形磁场区域的最小面积为多大?

答案:
解析:

  解:(1)根据粒子在磁场中偏转的情况和左手定则可知,粒子带负电.

  (2)由于洛仑兹力对粒子不做功,故粒子以原来的速率进入电场中,设带电粒子进入电场的初速度为v0,在电场中偏转时做类平抛运动,由题意知粒子离开电场时的末速度大小为,将vt分解为平行于电场方向和垂直于电场方向的两个分速度:

  由几何关系知 ①

   ②

   ③

   ④

   ⑤

  联立求解①②③④⑤得: ⑥

  (3)如图所示,带电粒子在磁场中所受洛伦兹力作为向心力,设磁偏转的半径为R,圆形磁场区域的半径为r,则:

   ⑦

   ⑧

  由几何知识可得: ⑨

  磁场区域的最小面积为 ⑩

  联立求解⑧⑨⑩得


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