题目内容
17.(1)该粒子在O点射入电场时的速度大小;
(2)该粒子的比荷;
(3)该粒子从O点出发,到再次回到O点的整个运动过程所用的时间.
分析 根据运动的合成与分解求解该粒子在O点射入电场时的速度大小;
由几何关系求得粒子圆周运动的半径,由牛顿第二定律求粒子的比荷;
带电粒子在电场、磁场中运动的总时间包括:电场总往返的时间t0,区域I中的时间t1,区域Ⅱ和Ⅲ中的时间t2
解答 解:(1)因为粒子以速度v垂直QC射入区域I,又因为QC为等边三角形AQC的左边,所以v跟水平方向的夹角为30°
设粒子在O点水平射入电场时的速度大小为v0,则:
v0=vcos30°
解得:v0=$\frac{\sqrt{3}}{2}$v
(2)设粒子的质量为m,电量为q,因为粒子在N点,P点的速度方向都跟磁场边界垂直,所以Q点为粒子在区域I中做匀速圆周运动的圆心,设半径为R,由几何关系得:
R=l
由牛顿第二定律和洛伦兹公式得:
qvB=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得:$\frac{q}{m}$=$\frac{v}{Bl}$
(3)带电粒子在电场、磁场中运动的总时间包括:电场总往返的时间t0,区域I中的时间t1
区域Ⅱ和Ⅲ中的时间t2
在电场中:根据类平抛运动规律得 t0=2$\frac{l}{{v}_{0}}$
联立得:t0=$\frac{4\sqrt{3}l}{3v}$
在区域Ⅰ中:粒子的运动轨迹如图,是两段$\frac{1}{6}$圆弧,故,在区域I中的时间为:
t1=2×$\frac{πl}{3v}$
在区域Ⅱ和区域Ⅲ中:粒子做圆周运动的半径相同,设为r,
分析知,其运动轨迹如图甲或乙两种情况,![]()
对于轨迹甲,由几何关系得:(4nr+3r)=l
解得:r=$\frac{l}{4n+3}$(n=0,1,2,3…)
分析可知,粒子在区域Ⅱ和Ⅲ中运动的总路程应为(2n+1+$\frac{1}{6}$)个圆周周长,即:
s=(2n+1+$\frac{1}{6}$)2πr
所以粒子在区域Ⅱ和Ⅲ内的运动时间为t2=$\frac{s}{v}$
联立得:t2=$\frac{(12n+7)πl}{3(4n+3)v}$
故粒子在全过程中运动的总时间为:t=t0+t1+t2=$\frac{4\sqrt{3}l}{3v}$+$\frac{(20n+13)πl}{3(4n+3)v}$(n=0,1,2,3…)
对于轨迹乙,由几何关系得:(4nr+r)=l
解得:r=$\frac{l}{4n+1}$(n=0,1,2,3…)
分析可知,粒子在区域Ⅱ和Ⅲ内运动的总路程应为(2n+$\frac{5}{6}$)个圆周周长,即:
s=(2n+$\frac{5}{6}$)×2πr
所以粒子在区域Ⅱ和Ⅲ中运动的时间为t2=$\frac{s}{v}$
解得:t2=$\frac{(12n+5)πl}{3(4n+1)v}$
所以粒子在全过程中运动的总时间为:t=t0+t1+t2=$\frac{4\sqrt{3}l}{3v}$+$\frac{(20n+7)πl}{3(4n+1)v}$(n=0,1,2,3…)
答:(1)该粒子在O点射入电场时的速度大小为$\frac{\sqrt{3}}{2}$v;
(2)该粒子的比荷$\frac{v}{Bl}$;
(3)该粒子从O点出发,到再次回到O点的整个运动过程所用的时间为$\frac{4\sqrt{3}l}{3v}$+$\frac{(20n+13)πl}{3(4n+3)v}$(n=0,1,2,3…)或$\frac{4\sqrt{3}l}{3v}$+$\frac{(20n+7)πl}{3(4n+1)v}$(n=0,1,2,3…).
点评 本题属于带电粒子在组合场中运动问题,综合性较强.磁场中圆周运动要画轨迹分析运动过程,探索规律,寻找半径与三角形边的关系是关键.
| A. | 恒星“HD10180”的质量大于太阳的质量 | |
| B. | 该行星的卫星的第一宇宙速度大于地球卫星的第一宇宙速度 | |
| C. | 人在该行星上所受重力比在地球上所受重力大 | |
| D. | 在该行星表面附近运行的卫星的周期大于地球的近地卫星周期 |
| A. | 伽利略通过理想斜面实验,提出了力是维持物体运动的原因 | |
| B. | 牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许通过实验测出了引力常量 | |
| C. | 库仑在前人研究的基础上,通过实验得到了真空中点电荷的相互作用规律 | |
| D. | 安培发现了磁场对运动电荷的作用规律,洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律 |
| A. | 4m/s 2m/s2 | B. | 0m/s 4m/s2 | C. | 4m/s 4m/s2 | D. | 4m/s 1m/s2 |