解题思路:(1)粒子在电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖起方向做匀加速直线运动,分别对两个方向运用位移时间公式列式,即可得到E0和侧移量.
(2)由上题求出粒子离开电场时沿电场方向的速度,求出粒子进入Ⅰ区磁场时速度大小和侧移量.粒子在Ⅰ区做圆周运动的圆心必须在过P点且与电场垂直的虚线上才能满足要求,画出轨迹,由几何关系求出轨迹半径,由牛顿第二定律求出B1的大小;
(3)分段求出粒子在磁场中运动的时间,再求解总时间.
(1)粒子在电场中运动的时间 t=[L
v0 ①
沿电场方向的位移 y=
1/2at2 ②
y=
qE0L2
2m
v20] ③
(2)由题意,粒子离开电场时沿电场方向的速度
vy=at=[qE/m]•[L
v0=
4/3]v0 ④
故粒子进入Ⅰ区磁场时,速度大小 v=
v20+
v2y=
v20+(
4
3v0)2=[5/3]v0⑤
粒子在电场中沿y方向的位移 y=[1/2at2=
qE0
2m]t2=[2/3]L ⑥
粒子在Ⅰ区做圆周运动的圆心必须在过P点且与电场垂直的虚线上才能满足要求,由几何关系,有:
L−
2
3L
v0=[R
5/3v0] ⑦
得:R=[5/9]L ⑧
由R=[mv
qB1得:B1=
mv/qR]=
3mv0
qL ⑨
(3)粒子在Ⅱ区转四分之一圆弧所用的时间 t1=[1/4]•[2πm
qB2=
πm
2qB2
粒子在Ⅰ区转37°所用的时间 t2=
37/360]•[2πm
qB1=
37πm
180qB1
电场变化的周期 T=2(t1+t+t2)=2×(
πm
2qB2+
L
v0+
37πm
180qB1)=
πm
qB2+
2L
v0+
37πL
270v0
答:
(1)粒子第一次穿越电场时沿电场方向的偏移量为
qE0L2
2m
v20;
(2)B1的大小为
3mv0/qL];
(3)电场变化的周期为
πm
qB2+
2L
v0+
37πL
270v0.
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: 粒子在电场中的运动,要熟练运用运动的分解法,由动力学方法处理.粒子在磁场中的运动一定要注意找出圆心和半径,进而能正确的应用好几何关系,则可顺利求解.