问题 计算题

如图所示,在直角坐标系xoy的第一、四象限区域内存在两个有界的匀强磁场:垂直纸面向外的匀强磁场I以及匀强磁场Ⅱ,O、M、P、Q为磁场边界和x轴的交点,MP区域是真空的,OM=MP=L。在第二象限存在沿x轴正向的匀强电场.一质量为m带电量为+q的带电粒子从电场中坐标为(-L,O)的点以速度v0沿+y方向射出,从y轴上坐标(O,2L) 的C处射入区域I,并且沿x的正方向射出区域I,带电粒子经过匀强磁场Ⅱ后第二次经过y,轴时就回到C点(粒子的重力忽略不计).求:

(1)第二象限匀强电场场强E的大小;

(2)区域I内匀强磁场磁感应强度B的大小;

(3)问区域Ⅱ内磁场的宽度至少为多少?

(4)粒子两次经过C的时间间隔为多少?

(5)请你通过对粒子运动轨迹描述定性判断:带电粒子能否通过坐标为(L,10L)的点.

答案

(1)(2)(3)

(4)(5)否

题目分析:(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动.

根据类平抛规律可求得      

(2)设到y轴时带电粒子的水平分速度为,则 

粒子进入磁场Ⅰ的速度方向与x轴正向成450

粒子进入区域Ⅰ做匀速圆周运动,由几何知识可得:  

由洛伦兹力充当向心力:

可解得:     

(3)粒子在磁场区域Ⅱ做匀速圆周的半径为:,即只要满足即可。

(4)粒子在磁场区域Ⅰ运动时间: 

粒子在真空区域MP的运动时间:

粒子在磁场区域Ⅱ运动时间: 

  

(5)根据类平抛运动的对称性可知道:不能通过(L,10L)的点

点评:此类题型综合了物理学上重要的运动模型,通过结合类平抛运动规律,分析粒子进入磁场区域的速度大小和方向,并结合匀速圆周运动、几何知识求出磁场强度。在磁场区域1、真空区域、磁场区域2,由于粒子速度大小都不变,所以比较方便求出其返回C的时间。最后利用轨迹的对称性分析出不可能经过(L,10L)的点。

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