(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),以初速度由
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
和
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
。
(1)(2)
;(3)
或
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
当时,不满足
的要求
若在B点击中P板,据题意由几何关系得
当时无解
当时,联立
式得
或(
)
联立式得
当时,不满足
的要求