题目内容
如图所示,在xoy平面内第二象限的某区域存在一个矩形匀强磁场区,磁场方向垂直xoy平面向里,边界分别平行于x轴和y轴.一电荷量为e、质量为m的电子,从坐标原点O以速度v0射入第二象限,速度方向与y轴正方向成45º角,经过磁场偏转后,通过P(0,a)点,速度方向垂直于y轴,不计电子的重力.
(1)若磁场的磁感应强度大小为B0,求电子在磁场中的运动时间t;
(2)为使电子完成上述运动,求磁感应强度B的大小应满足的条件;
(3)若电子到达y轴上P点时,撤去矩形匀强磁场,同时在y轴右侧加方向垂直xoy平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B1,在y轴左侧加方向垂直xoy平面向里的匀强磁场,电子在第(k+1)次从左向右经过y轴(经过P点为第1次)时恰好通过坐标原点,求y轴左侧磁场磁感应强度的大小B2及上述过程电子的运动时间t.
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(1)如图甲所示,电子在磁场中转过的角度
运动周期
解得
(2)设磁感应强度最小值为Bmin,对应最大回旋半径为R,圆心O1,则有
解得
则磁感应强度B应满足的条件为
(3)设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的半径分别为r1和r2,则有
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如图乙的几何关系可知
解得
设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的周期分别为T1和T2,则
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解得
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