如图所示,磁感应强度为B的条形匀强磁场区域的宽度都是d1,相邻磁场区域的间距均为d2,x轴的正上方有一电场强度大小为E,方向与x轴和B均垂直的匀强电场区域,将质量为m、带正电量为q的粒子(重力忽略不计

发布时间:2019-08-26 20:45:58

试题难度:难度:中档 试题类型:问答题 试题内容:如图所示,磁感应强度为B的条形匀强磁场区域的宽度都是d1,相邻磁场区域的间距均为d2,x轴的正上方有一电场强度大小为E,方向与x轴和B均垂直的匀强电场区域,将质量为m、带正电量为q的粒子(重力忽略不计)从y轴上坐标为h处由静止释放.求:
(1)粒子在磁场区域做匀速圆周运动的轨道半径.
(2)若粒子经磁场区域I、II后回到x轴,则粒子从开始释放经磁场后第一次回到x轴需要的时间和位置坐标.
(3)若粒子从y轴上坐标为H处以初速度v0沿x轴正方向水平射出,此后运动中最远能到达第k个磁场区域的下边缘,并再次返回到x轴,求d1、d2的值.


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试题答案:(1)、设粒子进入磁场时的速度为v,粒子在电场中做加速运动,由功能关系有:qEh=12mv2…①粒子在磁场中做圆周运动,有:R=mvqB…②①②两式联立得:R=2mEhqB2(2)、设粒子在电场中的加速时间为t1,则有:h=12Eqmt21,得t1=2mhEq设粒子在磁场中的运动时间为t2,则t2=12T,T=2πmqB,则可得:t2=πmqB设粒子在无磁场区域的运动时间为t3,则t3=2d2vcosα,又因cosα=R2-d21R将v、R代入t3=2d2vcosα,得:t3=2md22mEqh-B2q2d21则运动的时间为:t=t1+t2+t3=2mhqE+πmqB+2md22mEqh-B2q2d21设粒子回到x轴的坐标为x,则有:x=2R+2d2tanα解得:x=22mEhqB2+2d1d22mEhqB2-d21.(3)粒子在电场中类平抛,进入磁场时速度v2,则有:v2=v20+v2y,且有vy=2EqHmv2与水平方向的夹角有:cosβ=v0v2粒子在磁场中偏转半径为:R=mv2qB因粒子最远到达第k个磁场区域的下边缘,有:kd1=R(1-cosβ)解得:d1=m(v20+2EqHm-v0)kqB.粒子在无磁场区域做匀速直线运动,故d2可以取任意值.答:(1)粒子在磁场区域做匀速圆周运动的轨道半径为2mEhqB2.(2)粒子从开始释放经磁场后第一次回到x轴需要的时间为2mhqE+πmqB+2md22mEqh-B2q2d21,位置坐标为22mEhqB2+2d1d22mEhqB2-d21.(3)若粒子从y轴上坐标为H处以初速度v0沿x轴正方向水平射出,此后运动中最远能到达第k个磁场区域的下边缘,并再次返回到x轴,d1的值为m(v20+2EqHm-v0)kqB,d2可以取任意值.
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