题目内容

如图所示,直角坐标平面xOy内有一条直线AC过坐标原点O与x轴成45°夹角,在OA与x轴负半轴之间的区域内存在垂直xOy平面向外的匀强磁场B,在OC与x轴正半轴之间的区域内存在垂直xOy平面向外的匀强磁场B2。现有一质量为m,带电量为q(q>0)的带电粒子以速度v从位于直线AC上的P点,坐标为(L,L),竖直向下射出,经测量发现,此带电粒子每经过相同的时间T,会再将回到P点,已知距感应强度。(不计粒子重力)

   (1)请在图中画出带电粒子的运动轨迹,并求出匀强磁场B1与B2的比值;(B1、B2磁场足够大)

   (2)求出带电粒子相邻两次经过P点的时间间隔T;

   (3)若保持磁感应强度B2不变,改变B1的大小,但不改变其方向,使。现从P点向下先后发射速度分别为的与原来相同的带电粒子(不计两个带电粒子之间的相互作用力,并且此时算作第一次经过直线AC),如果它们第三次经过直线AC时轨迹与AC的交点分别 记为E点和F点(图中未画出),试求EF两点间的距离。

   (4)若要使(3)中所说的两个带电粒子同时第三次经过直线AC,问两带电粒子第一次从P点射出时的时间间隔△t要多长?

解答:(1)(6分)带电粒子从P点匀速运动到Q点,然后作半径为:的匀速圆周运动,运动到H点时的速度方向与AC垂直,从H点匀速运动到D点,后作匀速圆周运动到P点。根据平面几何知识可知:,四边形AODOR1R为棱形,OR1R为圆心,即带电粒子在匀强磁场BR1R中作匀速圆周运动时的半径RR1R为,根据,得:

(2)(5分)

(3)(6分)两带电粒子在磁场BR2R中运动时的半径为:

,故粒子在磁场BR1R中的运动半径,则两带电粒子都刚好运动1/4圆周到达A点,所以:EF两点间的距离EF=0(如图所示)

(4)(5分)两带电粒子在同一磁场中的周期相同,转过的圆心角也相同,故在同一磁场中的运动时间相同,所以时间间隔Δt就是直线运动的时间差:

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