解题思路:根据洛伦兹力提供向心力,求出粒子在x轴上方和x轴下方做圆周运动的半径;
根据周期公式计算粒子在x轴上方的周期和x轴下方的周期,根据几何关系计算时间间隔.
作出粒子运动的轨迹示意图,结合半径关系,找出粒子两次通过x轴上同一点的位置,根据几何关系计算这些点的坐标.
(1)粒子在x轴上方磁场做匀速圆周运动半径r1,下方磁场中做匀速圆周运动半径r2
由Bqv0=m
v20
r得r1=
mv0
Bq;
(2)x上方的周期为T1,x下方的周为T2,
T1=
2πm
BqT2=
3πm
2Bq
T1:T2=4:3
(3)在磁场中运动轨迹如图所示,
如把x上方运动的半周与x下方运动的半周称为一周期的话,则每经过一周期,在x轴上粒子右移:
△x=2r1−2r2=
mv0
2Bq
(4)则在每4周期刚结束时粒子第二次经过x1=2r1的这一点,以后每过一周期将会出现符合要求的点.
故xk=2r1+
(k−1)r1
2=
k+3
2r1=
(k+3)m0v
2Bq(式中k取1、2、3…)
答:(1)粒子在x轴上方磁场做匀速圆周运动半径r1为
mv0
Bq;
(2)设x上方的周期为T1,x下方的周为T2,T1:T2=4:3
(3)如把x上方运动的半周与x下方运动的半周称为一周期的话,则每经过一周期,在x轴上粒子右移的距离为
mv0
2Bq.
(4)在与x轴的所有交点中,粒子两次通过同一点的坐标位置为
(k+3)m0v
2qB(式中k取1、2、3…).
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: 解决本题的关键画出粒子运动的轨迹图,理清粒子在整个过程中的运动情况,结合洛伦兹力提供向心力和几何关系进行求解.