如图所示,一个固定的弹性等边三角形框架ABC,边长为L,在框内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B.在AB边的中点

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  • 解题思路:(1)微粒射入磁场后做匀速圆周运动,当微粒与三角形框架碰撞两次时,运动时间最短,画出轨迹,求出周期,再得到最短时间.由几何知识求出轨迹的半径,由牛顿第二定律求出初速度.

    (2)画出轨迹可能的情况,根据几何知识得到轨迹半径与三角形边长的关系,由牛顿第二定律即可求解初速度满足的条件,由时间与周期的关系求出时间.

    (1)如图,由时间最短知道微粒与AC、BC边各碰撞一次后从AB边小孔飞出则分别有:

    tmin=[1/2T=

    πm

    Bq]

    对应的半径为:Rmax=[1/2L=

    mv0

    Bq]

    解得:v0=[BqL/2m]

    (2)如图,R与L之间满足下式即可:

    R(2n+1)=[1/2L  (n=0、1、2…)

    即得:R=

    L

    2(2n+1)]=

    mv0

    Bq

    解得:v0=[BqL

    2(2n+1)m(n=0、1、2…)

    t=

    1/2T+3nT=

    πm

    Bq(6n+1)(n=0、1、2…)

    答:

    (1)从射入框内到射出框的最短时间为

    πm

    Bq],对应的初速度v0是[BqL/2m].

    (2)所有满足条件的初速度是

    BqL

    2(2n+1)m(n=0、1、2…),对应的框内运动时间的表达式为t=

    1

    2T+3nT=

    πm

    Bq(6n+1)(n=0、1、2…).

    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: 本题要通过画轨迹,分析粒子运动的时间,考查运用数学方法解决物理问题的能力.

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