题目内容
【题目】如图所示,在直角坐标系xoy的第一、四象限区域内存在两个有界的匀强磁场;垂直纸面向外的匀强磁场I、垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ,O、M、P、Q为磁场边界和x轴的交点,OM=MP=L.在第三象限存在沿y轴正向的匀强电场.一质量为m带电荷量为+q的带电粒子从电场中坐标为(-2L,-L)的点以速度V0沿+x方向射出,恰好经过原点O处射入磁场I,又从M点射出磁场I(粒子的重力忽略不计).求:
(1)第三象限匀强电场场强E的大小;
(2)磁场Ⅰ的磁感应强度B的大小;
(3)如果带电粒子能再次回到原点O,问磁场Ⅱ的宽度至少为多少?粒子两次经过原点O的时间间隔为多少.
【答案】(1)
(2)
(3)
,![]()
【解析】
(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,则有
水平方向:
,
竖直方向:
,
联立解得,
;
(2)设到原点时带电粒子的竖直分速度为vy则
,
则粒子进入磁场时速度大小为
v=
v0,
方向与x轴正向成45°,粒子进入区域Ⅰ做匀速圆周运动,由几何知识可得轨迹半径
,
由洛伦兹力充当向心力,则有
,
可解得:
;
(3)粒子运动轨迹如图
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在区域Ⅱ做匀速圆周的半径为
R2=
L,
带电粒子能再次回到原点的条件是区域Ⅱ的宽度
d ≥R2+L=(
+1)L,
粒子从O到M的运动时间
,
粒子从M到N的运动时间
,
粒子在区域Ⅱ中的运动时间
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粒子两次经过原点O的时间间隔为
t总=2(t1+t2)+t3=![]()
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