问题 计算题

(20分)如图甲所示,间距为d、垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t=0时刻,一质量为m、带电荷量为+q的粒子(不计重力),以初速度板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。当取某些特定值时,可使时刻入射的粒子经时间恰能垂直打在板上(不考虑粒子反弹)。上述为已知量。

(1)若,求

(2)若,求粒子在磁场中运动时加速度的大小;  

(3) 若,为使粒子仍能垂直打在板上,求

答案

(1)(2);(3)

题目分析:(1)设粒子做匀速圆周运动的半径,由牛顿第二定律得

                   ①

据题意由几何关系得

                         ②

联立①②式得

                       ③

(2)设粒子做圆周运动的半径为,加速度大小为,由圆周运动公式得

                         ④

据题意由几何关系得

                        ⑤

联立④⑤式得

                       ⑥

(3)设粒子做圆周运动的半径为,周期为,由圆周运动公式得

                     ⑦

由牛顿第二定律得

                  ⑧

由题意知,代入⑧式得

                        ⑨

粒子运动轨迹如图所示,为圆心,连线与水平方向夹角为,在每个内,只有A、B两个位置才有可能垂直击中P板,且均要求,由题意可知

                   ⑩

设经历完整的个数为,1,2,3......)

若在A点击中P板,据题意由几何关系得

              

当n=0时,无解                      

当n=1时联立式得

或()                

联立式得

                            

时,不满足的要求   

若在B点击中P板,据题意由几何关系得

    

时无解                        

时,联立式得

或()            

联立式得

                 

时,不满足的要求     

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判断题