问题 问答题

如图所示,空间某平面内有一条折线是磁场的分界线,在折线的两侧分布着方向相反、与平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小都为B.折线的顶角∠A=90°,P、Q是折线上的两点,AP=AQ=L.现有一质量为m、电荷量为q的带负电微粒从P点沿PQ方向射出,不计微粒的重力.

(1)若P、Q间外加一与磁场方向垂直的匀强电场,能使速度为v0射出的微粒沿PQ直线运动到Q点,则场强为多大?

(2)撤去电场,为使微粒从P点射出后,途经折线的顶点A而到达Q点,求初速度v应满足什么条件?

(3)求第(2)中微粒从P点到达Q点所用的时间.

答案

(1)由电场力与洛伦兹力平衡得:qE=qv0B

得:E=v0B

(2)根据运动的对称性,微粒能从P点到达Q点,应满足L=nx

其中x为每次偏转圆弧对应的弦长,偏转圆弧对应的圆心角为

π
2
2

设圆弧的半径为R,则有2R2=x2,可得:R=

L
2
n

又牛顿第二定律,由洛伦兹力提供向心力,则有:qvB=m

v2
R

由①②③式得:v=

qBL
2
m?n
,n=1、2、3、…

(3)当n取奇数时,微粒从P到Q过程中圆心角的总和为θ1=n?

π
2
+n?
2
=2nπ,

t1=2nπ?

m
qB
=
2πm
qB
?n,其中n=1、3、5、…

当n取偶数时,微粒从P到Q过程中圆心角的总和为θ2=n?

π
2
+n?
π
2
=nπ

t2=nπ?

m
qB
=
πm
qB
?n,其中n=2、4、6、…

答:(1)若P、Q间外加一与磁场方向垂直的匀强电场,能使速度为v0射出的微粒沿PQ直线运动到Q点,则场强为E=v0B;

(2)撤去电场,为使微粒从P点射出后,途经折线的顶点A而到达Q点,求初速度v应满足:v=

qBL
2
m?n
,n=1、2、3、…

(3)则第(2)中微粒从P点到达Q点所用的时间当n取奇数时,t1=2nπ?

m
qB
=
2πm
qB
?n,其中n=1、3、5、…

当n取偶数时,t2=nπ?

m
qB
=
πm
qB
?n,其中n=2、4、6、….

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