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.