题目内容


如图所示,在xOy平面内存在均匀、大小随时间周期性变化的磁场和电场,变化规律分别如图乙、丙所示(规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向、沿y轴正方向电场强度为正)。在t=0时刻由原点O发射初速度大小为vo,方向沿y轴正方向的带负电粒子。已知v0、t0、B0,粒子的比荷为,不计粒子的重力。求:

(1) t= t0时,求粒子的位置坐标;

(2)若t=5t0时粒子回到原点,求0~5to时间内粒子距x轴的最大距离;

(3)若粒子能够回到原点,求满足条件的所有E。,值。


解析:

(1)由粒子的比荷,则粒子做圆周运动的周期    ---------1分

则在内转过的圆心角    -------------------------------------------------------------2分

由牛顿第二定律    -----------------------------------------------------------------2分

    -----------------------------------------------------------------------------------------1分

位置坐标(,0)   --------------------------------------------1分

(2)粒子时回到原点,轨迹如图所示

    ---------------------------------------------------------2分

       ---------------------------------------1分

    -----------------------------------------------------1分

 又    -------------------------------1分

粒子在时间内做匀加速直线运动,时间内做匀速圆周运动,则在时间内粒子距x轴的最大距离:    --------------------------2分

(3)如图所示,设带电粒子在x轴上方做圆周运动的轨道半径为r1,在x轴下方做圆周运动的轨道半径为r2,由几何关系可知,要使粒子经过原点,则必须满足:

(n=1,2,3,…)    --------------------------------------------------------1分

       --------------------------------------------------1分

联立以上解得

    --------------------------------------------------------------1分

又由于    ------------------------------------------------1分

(n=1,2,3,…)    -------------------------------------------------------------1分


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