在坐标系xOy平面的第一象限内,有一个匀强磁场,磁感应强度大小恒为B0,方向垂直于xOy平面,且随时间作周期性变化,如图所示,规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正.一个质量为m,电荷量为q的正粒子,在

发布时间:2019-08-26 20:39:30

试题难度:难度:中档 试题类型:问答题 试题内容:在坐标系xOy平面的第一象限内,有一个匀强磁场,磁感应强度大小恒为B0,方向垂直于xOy平面,且随时间作周期性变化,如图所示,规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正.一个质量为m,电荷量为q的正粒子,在t=0时刻从坐标原点以初速度v0沿x轴正方向射入,不计重力的影响,经过一个磁场变化周期T(未确定)的时间,粒子到达第Ⅰ象限内的某点P,且速度方向仍与x轴正方向平行同向.则
(1)粒子进入磁场后做圆周运动的半径是多大?
(2)若O、P连线与x轴之间的夹角为45°,则磁场变化的周期T为多大?
(3)因P点的位置随着磁场周期的变化而变化,试求P点的纵坐标的最大值为多少?

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试题答案:(1)粒子进入磁场后做圆周运动的轨道半径为r,根据牛顿第二定律得       qv0B=mv02r∴r=mv0qB=4×10-3m(2)O、P连线与x轴之间的夹角为45°,由运动的对称性,粒子经两个四分之一圆弧到达P点,设圆周运动周期为T0,由T0=2πrv0,得T0=2πmqB∴T=T02=πmqB(3)设两段圆弧的圆心OO的连线与y轴夹角为θ,P点的纵坐标为y,圆心O到y轴之间的距离为x,则由几何关系,得  y=2r+2rcosθ  sinθ=x2r保证粒子在第一象限内运动,x≥r当θ=300时,y取最大,ym=(2+3)r=mv0qB=4×10-3答:(1)粒子进入磁场后做圆周运动的半径是4×10-3m.(2)若O、P连线与x轴之间的夹角为45°,磁场变化的周期T=πmqB.(3)P点的纵坐标的最大值为4×10-3m.
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