解题思路:(1)粒子在匀强电场中做匀加速直线运动,电场力做功等于粒子动能的增加;
(2)使粒子不与极板相撞,则运动的半径大于[L/4];
(3)粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,则从s1再次进入电场时的时刻是
5
T
0
2
,粒子从左向右应是水平匀速穿过无场区,距离为d,根据匀速运动的规律求得时间,粒子在左右磁场中的时间是相等的,粒子在左右磁场中的时间是相等的且都是半个周期,所以粒子运动的总时间是一个周期,即t′=T;然后根据洛伦兹力提供向心力,即可求得磁感应强度.
(1)粒子在匀强电场中电场力做功等于粒子动能的增加,得:
qU0=
1
2mv2
代入数据,得:v=
2qU0
m
又:d=
1
2v(
T0
2),
联立以上两式,得:d=
T0
4
2qU0
m
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即:qvB=
mv2
r,
得:r=
mv
qB
使粒子不与极板相撞,则运动的半径r≥
L
4
联立以上两式,得:B≤
4
L
2mU0
q
(3)粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,根据运动的对称性,则从s1再次进入电场时的时刻是
5T0
2;
粒子从左向右应是水平匀速穿过无场区,距离为d,时间为:t1=
d
v=
T0
4
粒子在左右磁场中的时间是相等的,粒子在磁场中运动的总时间:t′=
5T0
2−
T0
2−
T0
4=
7
4T0
粒子在左右磁场中的时间是相等的且都是半个周期,所以粒子运动的总时间是一个周期,即t′=T;粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,得:
qvB=
m4π2r
T2,vT=2πr
联立以上公式得:B=
8πm
7qT0.
答:(1)粒子到达S2时的速度
2qU
m和极板间距d=
T0
4
2qU0
m;
(2)磁感应强度的大小应满足的条件B≤
4
L
2mU0
q;
(3)粒子在磁场内运动的时间[7/4T0,磁感应强度的B=
8πm
7qT0].
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;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 该题中粒子在左右磁场中的时间是相等的,在电场中加速和减速的时间也是相等的,是这解题的关键.该题解题的过程复杂,公式较多,容易在解题的过程中出现错误.属于难度大的题目.