题目内容
(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.
(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=
mv2,解得:v=
;
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
,故r=
;

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°=
;
(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=
a
,a=
可得:t1=
,在中间磁场中所用时间t2=2×
=
;
在右侧磁场中的运动时间t3=
T=
,则t=2t1+t2+t3=2
+
;
答:(1)中间磁场区域的宽度d为
.
(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
+
.
| 1 |
| 2 |
|
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 |
| 1 |
| B |
|
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 |
|
(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 |
| t | 2 1 |
| qE |
| m |
|
| T |
| 6 |
| 2πm |
| 3qB |
在右侧磁场中的运动时间t3=
| 5 |
| 6 |
| 5πm |
| 3qB |
|
| 7πm |
| 3qB |
答:(1)中间磁场区域的宽度d为
| 1 |
| 2B |
|
(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
|
| 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.
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