问题 计算题

(14分)如图所示,在平面内水平和竖直的虚线L1L2将平面分为四个区域,L2的左侧有一随时间变化的匀强电场,电场的变化情况如图所示(图象中场强大小E0为已知量,其他量均为未知),电场强度方向与L1平行且水平向右。L2的右侧为匀强磁场,方向垂直纸面向外。现将一绝缘挡板放在第一个区域内,其与L1L2的交点MNO点的距离均为2b。在图中距L1bL2为4bA点有一粒子源,可以发射质量为m,电荷量为+q的粒子(粒子的初速度近似为零,不计重力),粒子与挡板碰后电荷量不变,速度大小不变,方向变为平行于L2,当粒子第一次到达理想边界L2时电场消失,粒子再次与挡板碰撞的同时匀强电场恢复且粒子源发射下一个粒子,如此重复。

 

(1)求粒子第一次到达边界L2时的速度大小及速度方向与虚线L1的夹角;

(2)若粒子源在t=0时刻发射一粒子,粒子进入右面磁感应强度为B0的匀强磁场中,恰好打在挡板M处。求坐标轴中的T1T2的值分别是多少?

答案

(1) (2)

题目分析:(1)方法一:设粒子与板作用前的瞬间,速率为v0,由动能定理有

........2分(这个方程也可以用下面两个方程代替

,每个方程1分;或写作每个方程1分)

粒子与挡板碰后在电场中做类平抛运动

........2分(其中只列出给1分)

 

粒子到达L2时垂直于L2的速度大小

........1分(方程也可写作

粒子到达L2时的速度大小为

........1分

粒子第一次达到L2的速度与L1方向的夹角

........1分    

........1分

方法二:  根据动能定理 ........3分

........1分

........2分(这个方程也可以用下面两个方程代替,每个方程1分;或写作每个方程1分)

........1分   

........1分

方法三:  根据动能定理 ........3分

........1分

........1分(,给1分)      

 

粒子到达L2时垂直于L2的速度大小

........1分(方程也可写作

........1分    

........1分

(2)粒子碰到挡板前的时间

........1分 (无论前面采用什么方法做的,这一问中只要体现出时间t1t就给1分)        

则坐标轴中的........1分

粒子在磁场中运动的时间  ......1分

......1分

粒子由C点运动到M点的时间...(只看方程)1分

则坐标轴中的........1分

点评:带电粒子在电场中的运动,综合了静电场和力学的知识,分析方法和力学的分析方法基本相同.先分析受力情况再分析运动状态和运动过程(平衡、加速、减速,直线或曲线),然后选用恰当的规律解题.解决这类问题的基本方法有两种,第一种利用力和运动的观点,选用牛顿第二定律和运动学公式求解;第二种利用能量转化的观点,选用动能定理和功能关系求解.带电粒子在磁场中运动时,需要先画出粒子的运动轨迹,然后结合几何知识分析解题,

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