如图所示,虚线MO与水平线PQ相交于O,二者夹角θ=30°,在MO左侧存在电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场,MO右侧

如图所示,虚线MO与水平线PQ相交于O,二者夹角θ=30°,在MO左侧存在电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场,MO右侧某个区域存在磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场,O点处在磁场的边界上.现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸面内以一定范围的速度v(0≤v≤[E/B])垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左.不计粒子的重力和粒子间的相互作用力,求:
(1)速度最大的粒子自O点射入磁场至返回水平线POQ所用的时间.
(2)磁场区域的最小面积.
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daixi9999 种子

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解题思路:(1)粒子的运动轨迹如图所示,设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,先求出粒子在匀强磁场中运动时间,粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,根据几何关系及速度时间公式求出时间,过MO后粒子做类平抛运动,根据平抛运动的基本公式求出此过程中的时间,三段时间之和即为总时间;(2)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积△S是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积.

(1)粒子的运动轨迹如图所示,设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,粒子在匀强磁场中运动时间为t1

由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
R,解得:R=[mv/qB],
T=[2πm/qB],t1=[1/3]T,
设粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,
设匀速运动的距离为s,匀速运动的时间为t2
由几何关系知:s=[R/tanθ],t2=[s/v],
过MO后粒子做类平抛运动,设运动的时间为t3
则:[3/2]R=[1/2][qE/m]t32
又由题知:v=[E/B],
则速度最大的粒子自O进入磁场至重回水平线POQ所用的时间为:
t=t1+t2+t3=
2(3
3+π)m
3qB;
(2)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积△S是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积,扇形OO′N的面积的面积S=[1/3]πR2
△OO′N的面积为:S′=R2cos30°sin30°=

3
4R2
△S=S-S′
解得:△S=
(4π−3
3)m2E2
12q2B4;
答:(1)速度最大的粒子从O开始射入磁场至返回水平线POQ所用的时间为
2(3
3+π)m
3qB.(2)磁场区域的最小面积为:
(4π−3
3)m2E2
12q2B4.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 做好此类题目的关键是准确的画出粒子运动的轨迹图,利用几何知识求出粒子运动的半径,再结合半径公式和周期公式去分析.

1年前

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