题目内容

【题目】如图所示,在一直角坐标系xoy平面内有圆形区域,圆心在x轴负半轴上,P、Q是圆上的两点,坐标分别为P(-8L,0),Q(-3L,0)。y轴的左侧空间,在圆形区域外,有一匀强磁场,磁场方向垂直于xoy平面向外,磁感应强度的大小为B,y轴的右侧空间有一磁感应强度大小为2B的匀强磁场,方向垂直于xoy平面向外。现从P点沿与x轴正方向成37°角射出一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,带电粒子沿水平方向进入第一象限,不计粒子的重力。求:

(1)带电粒子的初速度;

(2)粒子从P点射出到再次回到P点所用的时间。

【答案】(1);(2)

【解析】

(1)带电粒子以初速度沿与轴正向成角方向射出,经过圆周C点进入磁场,做匀速圆周运动,经过轴左侧磁场后,从轴上D点垂直于轴射入右侧磁场,如图所示,由几何关系得:

在y轴左侧磁场中做匀速圆周运动,半径为,

解得: ;

(2)由公式得:,解得:

由可知带电粒子经过y轴右侧磁场后从图中占垂直于y轴射放左侧磁场,由对称性,在y圆周点左侧磁场中做匀速圆周运动,经过圆周上的E点,沿直线打到P点,设带电粒子从P点运动到C点的时间为

带电粒子从C点到D点做匀速圆周运动,周期为,时间为

带电粒子从D做匀速圆周运动到点的周期为,所用时间为

从P点到再次回到P点所用的时间为

联立解得:。

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