(2004?杭州一模)如图所示,在x轴上方有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的均匀磁场,x轴下方有电场为E

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-05-21
如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里、大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场

(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动,故有: qvB=m v 20 r 同时有 T= 2πr v 0 = 2πm qB 粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知, x c =-(r+rcos4 5 ° )=- (2+ 2 )m v 0 2qB 故,C点坐标为 (- (2+ 2 )m v 0 2qB ,0) .(2)设粒子从A到C的时间为t 1 ,由题意知: t 1 = 5 8 T= 5πm 4qB 设粒子从进入电场到返回C的时间为t 2 ,其在电场中做匀变速运动,由牛顿第二定律和运动学知识,有:qE=ma2v 0 =at 2 联立以上解得: t 2 = 2m v 0 qE 设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为t 3 ,由题意得: t 3 = 1 4 T= πm 2qB 故而,设粒子从A点到第三次穿越x轴的时间为: t= t 1 + t 2 + t 3 = 7πm 4qB + 2m v 0 qE 答:(1)C点的坐标为 (- (2+ 2 )m v 0 2qB ,0) .(2)离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间为 7πm 4qB + 2m v 0 qE .

解:(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动,故有 , 粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知 故 C 点坐标为 (2)设粒子从 A 到 C 的时间为 t 1 ,由题意知: 设粒子从进入电场到返回 C 的时间为 t 2 ,其在电场中做匀变速运动,有 联立解得 设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为 t 3 ,由题意知 故而,设粒子从 A 点到第三次穿越 x 轴的时间为 (3)粒子从第三次过 x 轴到第四次过 x 轴的过程是在电场中做类似平抛的运动,即沿着 v 0 的方向(设为 x ′轴)做匀速运动,即 沿着 E 的方向(设为 y ′轴)做初速为0的匀变速运动,即 , 设离子第四次穿越 x 轴时速度的大小为 v ,速度方向与电场方向的夹角为α 由图中几何关系知 , , 解得 ,

(1)磁场对运动的电荷才可能有力的作用,所以若从静止释放,只能放在电场中,粒子在电场力作用下运动,所以粒子放在y轴的负半轴上且在电场力作用下向上运动,
而电场强度方向向下,所以该粒子带负电.
(2)释放的粒子带负电荷,粒子的运动轨迹如图所示,粒子
在磁场中的轨迹为n个半圆,设释放点的坐标为(0,y),
粒子在磁场中运动的速度大小为v,在磁场中运动的轨道半
径为r,要使它能到达x轴上位置为x=L的一点Q,则要求2nr=L(n=1、2、3…)  ①

由动能定理得:qEy=
1
2
mv2
   ②
r=
mv
qB
    ③
联立①②③解得:
y=
qB2L2
8n2Em
(n=1、2、3…) 
(3)设粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为T1,粒子在电场中加速与减速的时间相等,设这时间为T2,则:T1=
2πm
qB

T2=
v
a
=
qBr
m
qE
m
=
Br
E
=
BL
2En

所以粒子从释放到过Q点的时间为:
t=t1+t2=n?
T1
2
+(2n-1)T2=
nπm
qB
+
(2n?1)BL
2nE
(n=1、2、3…) 
答:(1)释放的粒子带负电;
(2)释放点的位置在y轴负半轴,距离O点
qB2L2
8n2Em
(n=1、2、3…) 处;
(3)从释放点到达Q点所需要为
nπm
qB
+
(2n?1)BL
2nE


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