题目内容
3.(1)场强E的大小和粒子经过O点时速度v;
(2)磁场的磁感应强度B;
(3)粒子在该区域运动的总时间.
分析 (1)带电粒子在电场中做类平抛运动,由牛顿第二定律、分位移公式和几何关系结合求解.
(2)画出粒子在磁场中的运动轨迹,由数学知识求轨迹半径,再由牛顿第二定律求磁感应强度B.
(3)先由第1小题求出粒子在电场中运动的时间.在磁场中,由轨迹对应的圆心角求时间,从而得到总时间.
解答
解:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,加速度为 a=$\frac{qE}{m}$
水平方向有 L=v0t
竖直方向有 $\frac{1}{2}$L=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$
联立解得 E=$\frac{m{v}_{0}^{2}}{qL}$
粒子经过O点时竖直分速度为vy,则有 $\frac{{v}_{y}}{2}$t=$\frac{1}{2}L$
又 L=v0t
对比可得 vy=v0
则粒子经过O点时速度 v=$\sqrt{{v}_{0}^{2}+{v}_{y}^{2}}$=$\sqrt{2}{v}_{0}$,方向与水平方向的夹角为45°.
(2)画出粒子在磁场中的运动轨迹,设轨迹半径为r.由几何关系可知:粒子在磁场中转过的圆心角为45°.
则有 sin45°=$\frac{\frac{1}{2}L}{r}$
可得 r=$\frac{\sqrt{2}}{2}$L
粒子在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得
qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
解得 B=$\frac{2m{v}_{0}}{qL}$
(3)由第1小题知,带电粒子在电场中运动的时间 t=$\frac{L}{{v}_{0}}$
在磁场中运动的时间 t′=$\frac{1}{8}$T=$\frac{1}{8}$•$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{πL}{4{v}_{0}}$
故粒子在该区域运动的总时间 t总=t+t′=$\frac{(4+π)L}{4{v}_{0}}$
答:
(1)场强E的大小是$\frac{m{v}_{0}^{2}}{qL}$,粒子经过O点时速度v是$\sqrt{2}{v}_{0}$,方向与水平方向的夹角为45°;
(2)磁场的磁感应强度B是$\frac{2m{v}_{0}}{qL}$;
(3)粒子在该区域运动的总时间是$\frac{(4+π)L}{4{v}_{0}}$.
点评 本题的关键要掌握带电粒子在匀强电场中的类平抛运动的研究方法:运动的分解法,掌握粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动的研究方法:画轨迹,运用数学知识求轨迹半径.
| A. | 3m/s,5m/s,7m/s | B. | 3m/s,7m/s,11m/s | C. | 2m/s,6m/s,10m/s | D. | 4m/s,6m/s,8m/s |
| A. | 斜向上方发射的探空火箭 | |
| B. | 球运动员远射踢出的高速旋转的“香蕉球”沿奇妙的弧线飞入球门 | |
| C. | 姚明勾手投篮时抛出的篮球 | |
| D. | 事演习中发射的导弹 |
| A. | 物体所受滑动摩擦力大小为20 N,方向水平向右 | |
| B. | 物体所受滑动摩擦力大小为20 N,方向水平向左 | |
| C. | 物体的加速度大小为4 m/s2,方向水平向右 | |
| D. | 物体的加速度为零 |