(2014•云南二模)如图所示,在坐标系xoy的第二象限内有一半径为R0,磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,该圆形磁场区

(2014•云南二模)如图所示,在坐标系xoy的第二象限内有一半径为R0,磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,该圆形磁场区域与与x轴和y轴相切于Ρ点和Q点.两个质量均为m,电荷量均为+q的带电粒子a和b,以大小相等的速度同时从Ρ点射入磁场区域,a沿+y方向,b沿与a速度方向左偏30°的方向射入.粒子经过此圆形磁场区域后都平行于x轴进入第一象限,在第一象限内有场强大小为Ε方向沿x轴负方向的匀强电场,不计粒子重 力,求:
(1)粒子从Ρ点进入磁场时速度的大小;
(2)粒子b进入电场后离y轴的最远距离;
(3)粒子离开磁场后,在电场作用下将返回圆形磁场区域,求它们再次离开磁场时的坐 标及a、b粒子从Ρ点进入磁场到第二次离开磁场的时间差.
万中中年教师 1年前 已收到1个回答 举报

zjyxajh 幼苗

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解题思路:(1)根据a粒子在磁场中运动的轨道半径,结合半径公式求出粒子从P点进入磁场的速度.
(2)a、b粒子的速度相等,根据动能定理求出粒子b进入电场后离y轴的最远距离.
(3)两粒子再次进入磁场时的轨道半径,R=R0,故a粒子的运动轨迹必过圆形磁场区域的最高点N,根据几何关系求出粒子b出磁场时的坐标.通过运动轨迹知两粒子在磁场和电场中运动的总时间相等,抓住它们到达N的时间差为粒子从图中b从M到s时间的2倍,求出时间差.

(1)a、b两粒子在磁场中做圆周运动的半径大小相等,要使粒子a出磁场时平行于x轴进入第一象限,根据几何关系可知,粒子a一定从Q点射出磁场,设a、b做圆周运动的半径为R,则有:R=R0…①
洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律有:qvB=m
v2
R…②
由①②得:v=
qBR0
m…③
(2)设粒子离y轴的最远距离为x,
qEx=
1
2mv2…④
解得:x=
qB2R02
2mE…⑤
(3)两粒子再次进入磁场时的轨道半径,R=R0,故a粒子的运动轨迹必过圆形磁场区域的最高点N,N点的坐标为:
(-R0,2R0)… ⑥
如图所示,O3为磁场区域的圆心,O2为b粒子运动的圆心,连接O3N、O3M、O2N、O2M,四边形O2MO3N为一菱形,故粒子b运动的轨迹也过N点.N点的坐标为:(-R0,2R0)…⑦
由运动轨迹可知,a、b两粒子在磁场和电场中运动的总时间相等,因此它们到达N的时间差为粒子b从M到s时间的2倍,设MS的长度为l,可得:
△t=
2l
v
根据几何关系得:l=R0−R0cos30°=(1−

3
2)R0…⑨
解得:△t=
(2−
3)m
qB.
答:(1)粒子从Ρ点进入磁场时速度的大小为
qBR0
m;
(2)粒子b进入电场后离y轴的最远距离为x=
qB2R02
2mE;
(3)它们再次离开磁场时的坐标均为(-R0,2R0),a、b粒子从Ρ点进入磁场到第二次离开磁场的时间差为△t=
(2−
3)m
qB.

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: 本题考查带电粒子在复合场中的运动,关键作出粒子在磁场中运动的轨迹图,结合半径公式、几何关系综合求解.本题难度较大.

1年前

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