题目内容

(2010·安徽卷)23.(16分)如图1所示,宽度为的竖直狭长区域内(边界为),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图2所示),电场强度的大小为,表示电场方向竖直向上。时,一带正电、质量为的微粒从左边界上的点以水平速度射入该区域,沿直线运动到点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的点。为线段的中点,重力加速度为g。上述、、、、为已知量。

   

(1)求微粒所带电荷量和磁感应强度的大小;

(2)求电场变化的周期;

(3)改变宽度,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求的最小值。

 

【答案】

(1)(2)(3)

【解析】

(1)微粒作直线运动,则

                              ①

微粒作圆周运动,则                  ②

联立①②得

                            ③

                           ④

(2)设粒子从N1运动到Q的时间为t1,作圆周运动的周期为t2,则

                               ⑤

                           ⑥

                             ⑦

联立③④⑤⑥⑦得

                                     ⑧

电场变化的周期

                        ⑨

(3)若粒子能完成题述的运动过程,要求

d≥2R                                     (10)

联立③④⑥得

                             (11)

设N1Q段直线运动的最短时间为tmin,由⑤(10)(11)得

因t2不变,T的最小值

 

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