题目内容

【题目】如图甲所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2),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(如图乙所示),电场强度的大小为E0,E0>0表示电场方向竖直向上.t=0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点.Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.上述d、E0、m、v、g为已知量.

(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小.

(2)求电场变化的周期T.

(3)改变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求T的最小值.

【答案】(1)(2)+(3)

【解析】

(1)微粒做直线运动,则

mg+qE0=qvB ①

微粒做圆周运动,则

mg=qE0 ②

联立解得

q=,

(2)设微粒从N1点运动到Q点的时间为t1,做圆周运动的半径为R,周期为t2,则

=vt1

2πR=vt2

联立得

t1=,t2=

电场变化的周期

T=t1+t2=+

(3)若微粒能完成题述的运动过程,要求d≥2R得

R=

设微粒在N1Q段直线运动的最短时间为t1min,则有

t1min=

因t2不变,所以T的最小值

Tmin=t1min+t2=.

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