问题 问答题

如图所示,横截面是边长为a的等边三角形的管道内有垂直于纸面向里的匀强磁场,N为处于三角形一边中点的小孔.管道外有方向竖直向下,电场强度为E的匀强电场.质量为m、电荷世为q的带止电粒子自M点以水平初速度v0进入电场区域,已知粒子恰好从N孔垂直该边进入磁场区域,粒子与管道发生两次碰撞后仍从N孔射出,设粒子与管道碰撞过程中没有能量损失,且电荷量保持不变,不计粒子重力,求:

(1)粒子由M到N的水平距离;

(2)磁场的磁感应强度B;

(3)粒子由M点出发到第二次到达N孔所用的时间.

答案

(1)粒子由M到N做类平抛运动,

加速度:a=

qE
m

竖直分速度vy=at1=

qEt1
m

在N点,tan30°=

vy
v0
=
qEt1
m
v0
=
1
3

解得:t1=

mv0
3
qE

粒子的水平位移:x=v0t1=

m
v20
3
qE

(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,

由几何知识可知,其轨道半径:R=

a
2

由牛顿第二定律得:qvB=m

v2
R

速度:v=

v0
cos30°
=
2v0
3

解得:B=

4mv0
3
qa

(3)在匀强磁场中,粒子做匀速圆周运动,

由牛顿第二定律得:qvB=m(

T
2R,

粒子做圆周运动的周期:T=

2πm
qB

在磁场中运动的时间为半周期,

粒子运动时间:t2=

T
2
=
πm
qB
=
3
πa
4v0

粒子总的运动时间:t=t1+t2

t=

mv0
3
qE
+
3
πa
4v0

答:(1)粒子由M到N的水平距离为

m
v20
3
qE

(2)磁场的磁感应强度B=

4mv0
3
qa

(3)粒子由M点出发到第二次到达N孔所用的时间t=

mv0
3
qE
+
3
πa
4v0

单项选择题
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