解题思路:(1)带正电的粒子在电场中做匀加速直线运动,垂直进入磁场后做匀速圆周运动,画出粒子运动的轨迹,根据动能定理即可求解带电粒子在磁场中运动的速率;粒子在磁场中由洛伦兹力充当向心力,由牛顿第二定律求出轨迹的半径.根据几何关系求解中间磁场区域的宽度;
(2)先求出在电场中运动的时间,再求出在两段磁场中运动的时间,三者之和即可带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间.
(1)电场中加速过程,根据动能定理,有:qEL=[1/2mv2,解得:v=
2qEL
m];
粒子在两磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:
qvB=m
v2
r,故r=
1
B
2mEL
q;
画出粒子的运动轨迹,如图所示,三段圆弧的圆心构成的三角形是等边三角形,边长为2r;
故中间磁场的宽度为:d=rsin60°=
1
2B
6mEL
q;
(2)粒子在电场中做匀变速直线运动,加速阶段由运动学公式L=[1/2a
t21],a=[qE/m]可得:t1=
2mL
qE,在中间磁场中所用时间t2=2×[T/6]=[2πm/3qB];
在右侧磁场中的运动时间t3=[5/6T=
5πm
3qB],则t=2t1+t2+t3=2
2mL
qE+
7πm
3qB;
答:(1)中间磁场区域的宽度d为
1
2B
6mEL
q.
(2)带电粒子从a点开始运动到第一次回到a点时所用的时间t为2
2mL
qE+
7πm
3qB.
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: 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,解题关键是画出粒子的运动轨迹,运用几何知识求解轨迹半径.