题目内容
5.(1)求打在M点和N点的粒子的运动速度v1、v2的大小;
(2)求区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小和方向;
(3)在(2)的情况下,若没有荧光屏,则粒子是否能回到A点?若能回到A点,求出粒子从A点出发,经多长时间回到A点;若不能回到A点,请简要说明理由.
分析 (1)粒子在磁场中洛伦兹力不做功,粒子的动能不变,根据动能的大小求出粒子的速度大小.
(2)抓住粒子全部打在荧光屏上坐标为(0,-2.2R)的M点,根据荧光屏沿y轴负方向平移,粒子打在荧光屏上的位置不变,得出粒子在磁场区域Ⅰ中的轨迹,结合半径公式求出磁场的磁感应强度大小,根据偏转方向确定磁场的方向;根据粒子全部打在荧光屏上坐标为(0.4R,-2.2R)的 N点,作出轨迹,根据几何关系求出半径,从而得出磁感应强度的大小和方向.
(3)根据几何关系和对称性分析粒子能否A点.根据轨迹对应的圆心角求出粒子两个区域运动的时间,从而得到粒子回到A点的时间.
解答
解:(1)粒子在磁场中运动时洛伦兹力不做功,打在M点和N点的粒子动能均为E0,速度v1、v2大小相等,均设为v,则由E0=$\frac{1}{2}$mv2
得:v=$\sqrt{\frac{2{E}_{0}}{m}}$.
即v1=v2=$\sqrt{\frac{2{E}_{0}}{m}}$.
(2)如图所示,区域Ⅱ中无磁场时,粒子在区域Ⅰ中运动后打在M点,轨迹圆心是O1点,根据几何知识,可知OM与y轴负方向的夹角为30°,粒子在区域Ⅰ中运动的半径为:r1=$\sqrt{3}$R
区域Ⅱ有磁场时,粒子轨迹圆心是O2点,半径为r2,解得:r2=$\sqrt{3}$R
由qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$
可得:B1=B2=$\frac{\sqrt{2m{E}_{0}}}{\sqrt{3}qR}$,B1的方向垂直xOy平面向外.B2的方向垂直xOy平面向里.
(3)根据几何关系,O2点在x轴上,根据对称性可知,粒子能回到A点
粒子在区域Ⅱ运动时间为$\frac{5}{6}$T
粒子在区域Ⅰ运动时间为$\frac{1}{3}$T
则粒子回到A点的时间为 t=$\frac{5}{6}$T+$\frac{1}{3}$T=$\frac{7}{6}$T=$\frac{7πm}{3Bq}$=$\frac{7πR}{6}$$\sqrt{\frac{6m}{{E}_{0}}}$
答:
(1)打在M点和N点的粒子的运动速度v1、v2的大小均为$\sqrt{\frac{2{E}_{0}}{m}}$.
(2)区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小均为$\frac{\sqrt{2m{E}_{0}}}{\sqrt{3}qR}$,B1的方向垂直xOy平面向外.B2的方向垂直xOy平面向里.
(3)粒子能回到A点,粒子回到A点的时间为$\frac{7πR}{6}$$\sqrt{\frac{6m}{{E}_{0}}}$.
点评 处理带电粒子在磁场中的运动问题,关键作出粒子的运动轨迹,确定圆心、半径和圆心角是基础,通过半径公式和周期公式,结合几何关系进行求解.
| A. | $\frac{9}{8}$T | B. | $\frac{8}{9}$T | C. | $\frac{10}{9}$T | D. | $\frac{9}{10}$T |
| A. | 平行于ab | B. | 平行于cd | C. | 垂直于ab | D. | 垂直于cd |
| A. | 向左平移进入磁场 | B. | 向右平移离开磁场 | ||
| C. | 沿竖直方向向上平移 | D. | 沿竖直方向向下平移 |
| A. | 甲图中支持力对人做正功 | B. | 乙图中支持力对人做正功 | ||
| C. | 甲图中摩擦力对人做负功 | D. | 乙图中摩擦力对人做负功 |