解题思路:(1)粒子匀速运动,受力平衡,根据受力平衡的条件可求得电压的大小;
(2)磁场力对粒子不做功,只有电场力做功,求出电场力做的功即可;
(3)撤去电场,粒子在磁场中做匀速圆周运动,根据运动的半径大小求速度的大小;
(4)根据粒子运动的周期公式分析可得到最长的运动时间.
(1)粒子匀速运动,受力平衡,根据受力平衡的条件可得:
q[U/l]=qv0B,
所以电压:
U=lv0B;
(2)仅将匀强磁场的磁感应强度变为原来的2倍,洛伦兹力变大,但是洛伦兹力与速度的方向垂直,洛伦兹力不做功,只有电场力对粒子做功,根据动能定理可得:
q•[1/2]U=[1/2]mv2-[1/2]mv02
又因为 U=lv0B
所以,粒子运动到达上极板时的动能大小为:
EK=[1/2]mv02+[1/2]qBlv0;
(3)当粒子恰好贴着右边界飞出时为速度的一个最值,
此时:圆心角为60度
则由几何关系可得r=
3l
由牛顿第二定律得:qv0B=m
v20
r
解得:v0=[5qBl/4m]
所以速度:
v0≥[5qBl/4m]
当粒子从左边界飞出时,粒子做的是半径r=[1/4]l的半圆,此时有:
r=[1/4]l=
mv0
qB
所以此时的速度v0≤[qBl/4m];
(4)由于T=[2πm/qB],与粒子的速度大小无关,所以圆心角为180度时运动时间最长,最长的时间为:
t=[1/2]T=[πm/qB]
故答案为:
(1)U=lv0B;
(2)EK=[1/2]mv02-
1
2qBlv0;
(3)v0≤
qBl
4m或v0≥
5qBl
4m;
(4)[πm/qB].
点评:
本题考点: 带电粒子在混合场中的运动.
考点点评: 本题比较复杂,题目的变化的情况也很多,关键是分析清楚粒子在不同的情况下的运动情况,其中只有磁场的时候,粒子可以有两种离开磁场的情况,这是本题的易错点.