解题思路:(1)将带电粒子的运用沿水平和竖直方向正交分解,水平方向做匀速直线运动,竖直方向在x轴上下方都做匀变速直线运动,根据牛顿第二定律和运动学公式列式分析;
(2)先画出运动的一般轨迹,要使粒子通过电场后能沿x轴正方向运动,其第一次到达x轴的水平分位移的2n倍等于2l0,根据牛顿第二定律和运动学公式列式分析即可;
(3)先画出各个粒子的运动轨迹,然后根据题意确定磁场范围,最后根据洛伦兹力提供向心力求解磁感应强度.
(1)设从A点射入的粒子由A点到A'点的运动时间为t,根据运动轨迹的对成称性可得:
x方向有:2l0=v0t得t=
2l0
v0①
y方向有:l0=[qE/2m]([t/2])2②
解得 E=
2m
v20
ql0③
(2)设到C点距离为△y处射出的粒子通过电场后也沿x轴正方向,粒子第一次到达x轴用时△t,水平分位移△x,
则△x=v0△t ④
△y=[qE/2m](△t)2⑤
要粒子从电场中射出时速度方向也沿x轴正方向,必须满足条件2l0=n•2△x(n=1,2,3…) ⑥
联立③④⑤⑥解得:△y=[1
n2l0⑦
故粒子从电场中射出时速度方向也沿x轴正方向,必须是在AC间纵坐标为:y=(-1)n
1
n2l0,(n=1,2,3…)⑧
(3)当n=1时,粒子射出的坐标为y1=l0⑨
当n=2时,粒子射出的坐标为y2=-
1/4]l0 ⑩
当n≥3时,沿x轴正方向射出的粒子分布在y1到y2之间(如图所示).
y1、y2之间距离为 L=y1-y2=
5l0
4 (11)
所以,磁场圆O1的最小半径R=[L/2]=
5l0
8(12)
若使粒子经磁场后汇集于直线x=2l0与圆形磁场边界的一个交点,分析知此点只能是答图中的Q点,且粒子在磁场中做圆周运动的半径等于磁场区域圆半径.
由 qv0B=m
v20
R(13)
联立(12)(13)得:B=
8mv0
5ql0(14)
答:(1)匀强电场的电场强度E的大小为
2m
v20
ql0;
(2)带电粒子在AC间的初始位置到C点的距离为(-1)n
1
n2l0,(n=1,2,3…);
(3)磁场区域的最小半径为
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题关键是将粒子的运动沿着水平方向和竖直方向正交分解,然后根据牛顿运动定律和运动学公式列式分析求解;解题过程中要画出轨迹图分析,特别是第三小题,要画出准确的圆轨迹图分析才能有助与问题的解决.