题目内容

如图所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场,已知左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右,其宽度为L;中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外;右侧匀强磁场的磁感应强度大小也为B、方向垂直纸面向里.一个带正电的粒子(质量为m、电荷量为q,不计重力)从电场左边缘a点由静止开始运动,穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后,又回到了a点,然后重复上述运动过程.求:
(1)中间磁场区域的宽度d.
(2)带电粒子从a点开始运动到第一次回到a点时所用的时间t.
分析:(1)带正电的粒子在电场中做匀加速直线运动,垂直进入磁场后做匀速圆周运动,画出粒子运动的轨迹,根据动能定理即可求解带电粒子在磁场中运动的速率;粒子在磁场中由洛伦兹力充当向心力,由牛顿第二定律求出轨迹的半径.根据几何关系求解中间磁场区域的宽度;
(2)先求出在电场中运动的时间,再求出在两段磁场中运动的时间,三者之和即可带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间.
解答:解:(1)电场中加速过程,根据动能定理,有:qEL=
1
2
mv2
,解得:v=
2qEL
m
;
粒子在两磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
qvB=m
v2
r
,故r=
1
B
2mEL
q
;

画出粒子的运动轨迹,如图所示,三段圆弧的圆心构成的三角形是等边三角形,边长为2r;
故中间磁场的宽度为:d=rsin60°=
1
2B
6mEL
q
;
(2)粒子在电场中做匀变速直线运动,加速阶段由运动学公式L=
1
2
a
t
2
1
,a=
qE
m
可得:t1=
2mL
qE
,在中间磁场中所用时间t2=2×
T
6
=
2πm
3qB
;
在右侧磁场中的运动时间t3=
5
6
T=
5πm
3qB
,则t=2t1+t2+t3=2
2mL
qE
+
7πm
3qB
;
答:(1)中间磁场区域的宽度d为
1
2B
6mEL
q
.
(2)带电粒子从a点开始运动到第一次回到a点时所用的时间t为2
2mL
qE
+
7πm
3qB
.
点评:本题是带电粒子在组合场中运动的问题,解题关键是画出粒子的运动轨迹,运用几何知识求解轨迹半径.
练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网