解题思路:(1)根据a粒子在磁场中运动的轨道半径,结合半径公式求出粒子从P点进入磁场的速度.
(2)a、b粒子的速度相等,根据动能定理求出粒子b进入电场后离y轴的最远距离.
(3)两粒子再次进入磁场时的轨道半径,R=R0,故a粒子的运动轨迹必过圆形磁场区域的最高点N,根据几何关系求出粒子b出磁场时的坐标.通过运动轨迹知两粒子在磁场和电场中运动的总时间相等,抓住它们到达N的时间差为粒子从图中b从M到s时间的2倍,求出时间差.
(1)a、b两粒子在磁场中做圆周运动的半径大小相等,要使粒子a出磁场时平行于x轴进入第一象限,根据几何关系可知,粒子a一定从Q点射出磁场,设a、b做圆周运动的半径为R,则有:R=R0…①
洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律有:qvB=m
v2
R…②
由①②得:v=
qBR0
m…③
(2)设粒子离y轴的最远距离为x,
qEx=
1
2mv2…④
解得:x=
qB2R02
2mE…⑤
(3)两粒子再次进入磁场时的轨道半径,R=R0,故a粒子的运动轨迹必过圆形磁场区域的最高点N,N点的坐标为:
(-R0,2R0)… ⑥
如图所示,O3为磁场区域的圆心,O2为b粒子运动的圆心,连接O3N、O3M、O2N、O2M,四边形O2MO3N为一菱形,故粒子b运动的轨迹也过N点.N点的坐标为:(-R0,2R0)…⑦
由运动轨迹可知,a、b两粒子在磁场和电场中运动的总时间相等,因此它们到达N的时间差为粒子b从M到s时间的2倍,设MS的长度为l,可得:
△t=
2l
v
根据几何关系得:l=R0−R0cos30°=(1−
3
2)R0…⑨
解得:△t=
(2−
3)m
qB.
答:(1)粒子从Ρ点进入磁场时速度的大小为
qBR0
m;
(2)粒子b进入电场后离y轴的最远距离为x=
qB2R02
2mE;
(3)它们再次离开磁场时的坐标均为(-R0,2R0),a、b粒子从Ρ点进入磁场到第二次离开磁场的时间差为△t=
(2−
3)m
qB.
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: 本题考查带电粒子在复合场中的运动,关键作出粒子在磁场中运动的轨迹图,结合半径公式、几何关系综合求解.本题难度较大.