问题标题:
如图所示在一底边长为2L底角θ=45°的等腰三角形区域内(O为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场。现有一质量为m电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,
问题描述:
如图所示在一底边长为2L底角θ=45°的等腰三角形区域内(O为底边中点)有垂直纸面向外的匀强磁场。现有一质量为m电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从0点垂直于AB进人磁场,不计重力与空气阻力的影响。
(1) 求粒子经电场加速射人磁场时的速度;
(2) 若要进人磁场的粒子能打到0A板上,求磁感应强度B的最小值;
(3) 设粒子与AB板碰撞后,电量保持不变并以与碰前相同的速率反弹。磁感应强度越大,粒子在磁场中的运动时间也越大。求粒子在磁场中运动的最长时间。
蔡中驹回答:
(1) (2) (3)
【命题立意】本题旨在考查带电粒子在匀强磁场中的运动、牛顿第二定律、向心力。
(1)依题意,粒子经电场加速射入磁场时的速度为v由…①得:…②(2)要使圆周半径最大,则粒子的圆周轨迹应与AC边相切,设圆周半径为R由图中几何关系:…③由洛仑兹力提供向心力:…④联立②③④解得:…⑤(3)设粒子运动圆周半径为r,,当r越小,最后一次打到AB板的点越靠近A端点,在磁场中圆周运动累积路程越大,时间越长.当r为无穷小,经过n个半圆运动,最后一次打到A点.有:…⑥圆周运动周期:…⑦最长的极限时间为:…⑧由⑥⑦⑧式得:=
【易错警示】做好此类题目的关键是准确的画出粒子运动的轨迹图,利用几何知识求出粒子运动的半径,再结合半径公式和周期公式去分析。
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