回旋加速器以两虚线为边界,中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场,宽度为d,两侧为相同匀强磁场,方向垂直纸面向里.一质量m电量+q的带电粒子,以初速度V1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动,再进入电场做匀加速运动,后第二次进入磁场中运动…,粒子在电场和磁场中不断交替运动.已知粒子第二次在磁场中运动半径是第一次的二倍,第三次是第一次的三倍,…以此类推.则( )
A.粒子第一次经过电场电场力做功W1=
m3 2 v 21
B.粒子第三次经过磁场洛仑兹力做功W3=
m7 2 v 21
C.粒子第五次经过电场时电场强度大小E5=9m v 21 2qd
D.粒子第七次经过电场所用时间t7=2d 13v1
A、设粒子第n次进入磁场时的半径为Rn,速度为vn,
由牛顿第二定律得
qvnB=m
①vn2 Rn
解得:vn=
…②BqRn m
因为R2=2R1,
所以V2=2v1…③
对粒子第一次在电场中运动的过程,
由动能定理得W1=
mv22-1 2
mv12…④1 2
联立③④式得W1=
m3 2
…⑤,故A正确;v 21
B、洛仑兹力的方向始终指向圆心,所以洛伦兹力不做功,故B错误;
C、粒子第n次进入电场时速度为vn,穿出电场时速度为vn+1,
由题意知 Vn=nv1,vn+1=(n+1)v1 …⑥
由动能定理得
qEnd=
mn+12-1 2
mvn2…⑦1 2
联立⑥⑦式得
En=
…⑧(2n+1)mv12 2qd
当n=5时,E5=
,故C错误;11m v 21 2qd
D、设粒子第n次在电场中运动的加速度为an,
由牛顿第二定律得qEn=man…⑨
由运动学公式得vn+1-vn=antn…⑩
联立⑥⑦⑧⑨⑩式得
tn=2d (2n+1)v1
当n=7时,t7=
,故D错误.2d 15v1
故选A