题目内容

【题目】如图所示,两竖直平行边界AB、CD间的整个区域有竖直向上的匀强电场(图中未画出),O点、P点分别是边界AB、CD上的两点,且OP⊥CD,在CD的右侧有一与CD相切于M点的圆形区域,整个圆形区域内有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面(图中未画出).一带正电粒子从O点以大小为的初速度沿OP方向射入该电场后,从M点进入圆形磁场区域,经磁场偏转后从CD边界上的N点垂直于CD边界回到电场区域,并恰能返回到O点,已知O、P两点间距离为d,M、P两点间距离为.粒子质量为m、电荷量为q,粒子重力和空气阻力均不计,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:

⑴电场强度E的大小;

⑵粒子到达M点时速度的大小;

⑶磁感应强度B的大小和粒子在匀强磁场中运动时间.

【答案】⑴⑵⑶

【解析】试题分析:(1)先根据题目意思作出粒子的运动轨迹图,由图可知粒子从O点到M点做类平抛运动,根据类平抛运动规律求解即可;(2由动能定理即可求解在M点的速度大小;(3)根据粒子在磁场运动的规律求出磁感应强度,由几何知识求出圆心角,再求出运动时间.

(1)作出粒子的运动轨迹图如图所示:

由图可知,粒子从O点到M点做类平抛运动,其加速度为:

水平方向:

竖直方向:

得:

⑵对粒子从O点到M点,由动能定理有:

得:

⑶在M点速度方向与水平方向夹角为,则:

粒子从N点到O点做类平抛运动,有:

水平方向:

竖直方向:

设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,圆心为

由几何关系得:

得:

又

得:

粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期:

圆弧所对应圆心角为:

粒子在匀强磁场中运动时间:

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