(2011•湖北模拟)如图所示,在纸面内有一边长为L的等边三角形DES (虚线),三角形内只有方向垂直纸面向外

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  • 解题思路:(1)从P点射出的粒子做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律可求出轨迹半径R与速度的关系式.要使粒子能垂直DE返回到P点,应满足:[L/2]=(2n+1)R,(n=0,1,2,3…),联立解得,速度v0应满足的条件

    (2)在磁场中粒子做圆周运动的周期T=[2πm/qB],与粒子速度无关,粒子做圆周运动回旋圆弧个数越少,时间越短,当n=0时运动的时间最短,当R=[L/2]时时间最短.即可求出最短时间.

    (1)从P点射出的粒子做圆周运动,设粒子的运动半径为R

    即 qv0B=m

    v20

    R

    粒子返回到P点应满足:[L/2]=(2n+1)R,(n=0,1,2,3…)

    解以上各式得粒子的速度为v0=

    qBL

    2(2n+1)m(n=0,1,2,3…)

    (2)在磁场中粒子做圆周运动的周期T=[2πm/qB],与粒子速度无关,所以粒子做圆周运动回旋圆弧个数越少,时间越短,当n=0时运动的时间最短,

    即当:R=[L/2]时时间最短.

    由轨迹图可知,粒子以三角形的三个顶点为圆心做6个圆弧运动,

    其中三个[5π/3]和三个[π/3]的圆弧

    故最短时间为:t=3T=[6πm/qB]

    答:

    (1)要使粒子能垂直DE返回到P点,从P点射出时的速度v0为[qBL

    2(2n+1)m(n=0,1,2,3…).

    (2)满足(1)问的粒子第一次从P点射入外部磁场到再次返回到P点仍射入外部磁场的最短时间为

    6πm/qB].

    点评:

    本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.

    考点点评: 本题的难点在于几何图象的确定,要抓住三角形内外圆半径关系,则可得出各自圆弧所对应的圆心角,从而确定粒子运动所经历的时间.

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