题目内容

如图所示,一带电粒子先以某一速度在竖直平面内做匀速直线运动,经过一段时间后进入一磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的圆形匀强磁场区域(图中未画出该磁场区域),粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场,电场强度的大小为E、方向竖直向上。当粒子穿出电场时速率变为原来的倍,已知带电粒子的质量为m、电荷量为q、重力不计,粒子进入磁场前的速度与水平方向成θ=60°角。求:

(1)粒子的电性;

(2)带电粒子在磁场中运动时的速度大小;

(3)该圆形磁场区域的最小面积。

解:(1)粒子带负电。(2分)

(2)设粒子在磁场中运动的速率为v0(即粒子以速率v0进入电场),在电场中的运动时间为t,飞出电场时速度的大小为v,

由类平抛运动规律有:L=v0t(2分)

(2分)

(1分)

(1分)

解得:(2分)

(3)如图所示,带电粒子在磁场中所受洛伦兹力提供向心力,设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R,圆形磁场区域的最小半径为r,则有:(3分)

解得:(1分)

由几何知识可知:r=Rsin30°(2分)

磁场区域的最小面积(2分)

联立以上各式可得:(2分)

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