问题 选择题

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=

3
2
m
v21

B.粒子第三次经过磁场洛仑兹力做功W3=

7
2
m
v21

C.粒子第五次经过电场时电场强度大小E5=

9m
v21
2qd

D.粒子第七次经过电场所用时间t7=

2d
13v1

答案

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

vn2
Rn

       解得:vn=

BqRn
m
…②

       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=

1
2
mv22-
1
2
m
v12…④

      联立③④式得W1=

3
2
m
v21
…⑤,故A正确;

      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=

1
2
mn+12-
1
2
mvn2…⑦

      联立⑥⑦式得

        En=

(2n+1)mv12
2qd
…⑧

     当n=5时,E5=

11m
v21
2qd
,故C错误;

     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=

2d
15v1
,故D错误.

故选A

单项选择题
单项选择题 A3/A4型题