解题思路:(1)求出粒子轨道半径,应用牛顿第二定律可以求出粒子a、b从I磁场边界射出时的速度va、vb.
(2)求出粒子在磁场中、在电场中、在电磁场外的运动时间,然后求出总运动时间.
(3)作出粒子在电场中的运动轨迹,应用类平抛运动规律分析答题.
(1)如图所示,粒子a、b在磁场中均转过90°,平行于金属板进入电场.
由几何关系得:ra=[d/2],rb=d
由牛顿第二定律得:qvaB=m
v2a
ra,
qvbB=m
v2b
rb,
解得:va=[qBd/2m];vb=[qBd/m]
(2)磁场中的总时间:t1=2×[T/4]=[πm/qB],
在电场中,粒子在水平方向一直做匀速直线运动,
所以时间为:t2=
(
d
2+L+
d
2)
va=
2m(d+L)
qBd,
两段电磁场外的时间:t3=[d
va=
2m/qB],
所以,总时间为:t=t1+t2+t3,
解得:t=(π+2+[2L/d])[m/qB];
(3)粒子两次在磁场I中运动的时间相同,所以第二次进入时比第一次提前:△t=[d
2va=
m/qB]=[T/4],
所以,粒子第二次是在t=0时刻进入的电场.
第一次在电场中的轨迹如图所示,设经过n个周期性的运动穿出电场.
t=[L
va=nT,n=
L/2d],
设粒子第二次通过电场的时间为t′,t′=[n/2]T,
粒子第二次在电场中的轨迹如图所示
粒子第二次在半个周
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题考查了带电粒子在电场与磁场中的运动,分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是正确解题的关键,应用牛顿第二定律、粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式、牛顿第二定律、运动学公式即可正确解题.