题目内容

7.如图所示,在无限长的竖直边界AC左侧空间存在上、下两部分方向垂直于ACD平面向外的匀强电场,OD为上、下磁场的水平分界线,上部分区域的磁感应强度大小为B0.质量为m、电荷量为+q的粒子从AC边界射入上方磁场区域,经OD上的Q点第一次进入下方磁场区域.已知O、P相距为a,O、Q相距为3a,不考虑粒子重力.
(1)求粒子射入时的速度大小.
(2)为零使该粒子不从AC边界飞出,则下方磁场的磁感应强度B与B0的关系硬满足什么条件.

分析 (1)粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力,作出粒子运动轨迹,求出粒子轨道半径,应用牛顿第二定律可以求出粒子的速度.
(2)作出粒子运动轨迹,求出粒子恰好不离开AC的临界轨道半径,然后应用牛顿第二定律求出磁感应强度,然后求出磁感应强度B与B0的关系.

解答 解:(1)粒子在磁场中匀速圆周运动,粒子运动轨迹如图1所示,
由几何知识得:r2=(r-a)2+(3a)2,解得:r=5a,
由牛顿第二定律得:qv0B0=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{r}$,解得:v0=$\frac{5q{B}_{0}a}{m}$;
(2)粒子运动轨迹恰好与AC相切时粒子恰好不从AC边离开,粒子运动轨迹如图2所示,
由几何知识得:r′+r′cosθ=3a,cosθ=$\frac{3a}{5a}$=$\frac{3}{5}$,解得:r′=$\frac{15}{8}$a,
由牛顿第二定律得:qv0B=m$\frac{{v}_{0}^{2}}{r′}$,解得:B=$\frac{8}{3}$B0,
所以,当:B≥$\frac{8}{3}$B0时,粒子不会从AC边离开;
答:(1)粒子射入时的速度大小为$\frac{5q{B}_{0}a}{m}$.
(2)为使该粒子不从AC边界飞出,下方磁场的磁感应强度B与B0的关系应满足:B≥$\frac{8}{3}$B0.

点评 本题考查了粒子在磁场中的运动,带电粒子在磁场中运动,关键在于分析粒子的运动情况,明确粒子可能运动轨迹,根据几何关系确定圆心和半径;同时注意临界条件的应用才能顺利求解.

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