如图,xOy平面内的圆O′与y轴相切于坐标原点O.在该圆形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于圆面的匀强磁场.一个带电

如图,xOy平面内的圆O′与y轴相切于坐标原点O.在该圆形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于圆面的匀强磁场.一个带电粒子(不计重力)从原点o沿x轴进入场区,恰好做匀速直线运动,穿过场区的时间为T0.若撤去磁场,只保留电场,其他条件不变,该带电粒子穿过场区的时间为
T0
2
.若撤去电场,只保留磁场,其他条件不变,求:该带电粒子穿过场区的时间.
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张三颗 幼苗

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解题思路:带电粒子在电场与磁场中受到的电场力与洛伦兹力平衡,当粒子在电场中做类平抛运动时,由分解成的两个简单运动可得电场强度与位移关系.当撤去电场时,粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律与几何关系可求出带电粒子穿过场区的时间.

设电场强度为E,磁感强度为B;圆o′的半径为R;粒子的电量为q,质量为m,初速度为v.同时存在电场和磁场时,带电粒子做匀速直线运动,有

洛伦兹力与电场力相平衡,则有:qvB=qE
且,vT0=2R
只存在电场时,粒子做类平抛运动,有x=v•
T0
2
位移关系,y=
1
2•
qE
m•(
T0
2)2
由以上式子可知x=y=R,粒子从图中的M点离开电场.
由以上式子得qvB=
8mR

T20
只存在磁场时,粒子做匀速圆周运动,从图中N点离开磁场,P为轨迹圆弧的圆心.
设半径为r,由牛顿第二定律,则有:qvB=
mv2
r
由以上式子可得:r=
R
2
由图tanθ=[R/r]=2
所以,粒子在磁场中运动的时间t=
r2θ
v=
T0
2•arctan2
答:该带电粒子穿过场区的时间
T0
2arctan2.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动.

考点点评: 本题考查带电粒子在电场、磁场中两运动模型:匀速圆周运动与类平抛运动,及相关的综合分析能力,以及空间想像的能力,应用数学知识解决物理问题的能力.

1年前

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