如图,圆柱桶的一个横截面在xOy平面内,与x轴相切于坐标原点O,圆心为O1,半径为R,在与y轴成α=37°角的直径两端开

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  • 解题思路:做出粒子在磁场中的运动轨迹图,确定圆心位置M,结合几何关系可求得粒子偏转半径,由洛伦兹力提供向心力,从而可求得粒子的速度v,粒子进入匀强电场后,做类平抛运动,

    根据平抛运动规律,分别列水平和竖直位移关系式,结合几何关系确定水平和竖直位移,联立上述式子,从而可求得粒子的比荷;

    由几何关系可求得粒子在磁场中的运动时间,由类平抛规律可求粒子在电场中的运动时间,从而可求两时间之比.

    (1)如图做出粒子运动轨迹,粒子在磁场中圆心M,半径r

    由几何关系可得:cos53°=

    R

    r,故有:r=[5/3R

    由牛顿第二定律:qvB=

    mv2

    r]

    得:[5/3R=

    mv

    qB]…①

    粒子进入匀强电场后,做类平抛运动,

    水平方向:x=

    1

    2at2=[1/2

    qE

    mt2… ②

    竖直方向:y=vt…③

    又:tan37°=

    L

    R+y],

    故:y=R.x=L-Rsin37°=[3/2R−

    3

    5R=

    9

    10R…④

    联立①②③④式,解得:

    离子的比荷:

    q

    m=

    E

    5RB2]

    (2)离子在磁场中运动周期为:T=[2πm/qB]

    故粒子在磁场中运动时间:tB=[180°−53°×2/360°T=

    37πm

    90qB]

    离子在电场中运动的时间:tE=[y/v]=[R/v]=[3m/5qB]

    离子在磁场和电场中运动的时间之比为:

    tB

    tE=

    37πm

    90qB

    3m

    5qB=[37/54π

    答:(1)射入探测器上的离子的比荷为

    E

    5RB2];

    (2)射入探测器上的离子在磁场和电场中运动的时间之比

    37

    54π.

    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: 带电粒子在匀强电场中运动时,要注意应用运动的合成和分解;而在磁场中运动时为匀速圆周运动,在解题时要注意应用好平抛和圆周运动的性质.