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φP-φA=2(φP-φC)
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.