(2014•宿迁二模)在如图的xoy坐标系中,x轴上方有垂直xoy平面向里、范围足够大的匀强磁场I.一质量为m、电荷量为

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  • 解题思路:(1)由几何知识得到粒子圆周运动的半径,由弧长除以时间得到速率;由题意易得粒子运动的周期,由周期公式得到磁场强度;(2)匀强磁场Ⅱ的磁感应强度B2的方向有两种情况::①B2与B1同方向,粒子顺时针转动,②B2与B1反向,粒子逆时针转动,分两情况讨论;(3)由动能定理得到PA两点间的电势差与PC两点间的电势差,从而找到与C电势相等的点,即为等势面,其垂线为电场的方向.

    (1)粒子做圆周运动的半径为:r=[a/2sin30°]

    则有:v0=[πr

    t0=

    πa

    t0

    设粒子运动的周期为T,则有:t0=

    T/2],

    而T=[2πm

    qB1

    解得:B1=

    πm

    qt0

    (2)有两种情况:①B2与B1同方向,粒子顺时针转动,设最大半径r1,对应B1+B21最小,则:

    r1+r1sin30°=a

    而qv0(B1+B21)=m

    v02

    r1

    解得:B21=

    πm

    2qt0

    所以B2方向垂直向里,应该满足B2

    πm

    2qt0

    ②B2与B1反向,粒子逆时针转动,设最大半径r2,对应B22-B1最小,

    则r2-r2cos60°=a

    而qv0(B22-B1)=m

    v02

    r2

    解得:B22=

    3πm

    2qt0

    所以B2方向向外时,应该满足B2

    3πm

    2qt0;

    (3)粒子从P点至A点运动过程,由动能定理有:

    -qUPA=

    1/3]Ekp-Ekp

    粒子从P点至C点运动过程,同理有:

    -qUpc=[2/3]Ekp-Ekp

    解得:UPA=

    mπ2a2

    3qt02

    UPA=2UPC

    则φPA=2(φPC

    φC=

    φA+φP

    2

    即C点电势与PA连线中点D电势相等,因此电场沿+x方向.

    场强大小为:E=

    UPA

    2x0=

    mπ2a2

    6qx0t02;

    答:(1)粒子运动的速度v0=

    πa

    t0,磁场I的磁感应强度大小为

    πm

    qt0;

    (2)若B2与B1同方向,匀强磁场Ⅱ的磁感应强度B2的大小B2

    πm

    2qt0;

    若B2与B1反向,B2

    3πm

    2qt0;

    (3)电场强度E的大小为E=

    mπ2a2

    6qx0t02,方向沿+x方向.

    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电场中和磁场中的运动,理清粒子的运动规律是解决本题的关键,处理粒子在磁场中运动问题,要会确定粒子做圆周运动的圆心、半径和圆心角,此类题型难度较大,经常作为考试的压轴题出现.

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