如图所示,在平面直角坐标系xoy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中

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  • 解题思路:(1)粒子从A到C的过程中做类平抛运动,平行y轴方向做匀速直线运动,平行x方向做匀加速直线运动,根据分位移公式列式求解;(2)对从A到C的过程运用动能定理列式求解即可;(3)先根据洛伦兹力提供向心力列式求解半径,然后画出轨迹图,结合几何关系得到圆形磁场区域的半径,求解出最小面积.

    (1)从A到C的过程中,电子做类平抛运动,有:

    L=

    1

    2

    Ee

    mt2 ①

    y=vt ②

    联立12式,可解得:

    y=v

    2mL

    eE ③

    (2)设电子到达C点的速度大小为vC,方向与y轴正方向的夹角为θ.

    由动能定理,有:

    [1/2m

    v2C−

    1

    2mv2=eEL④

    解得vC=

    v2+

    2EeL

    m]

    (3)画轨迹如右图所示:

    电子在磁场中做匀速圆周运动的半径:

    r=

    mvC

    eB=

    2mv

    eB(或r=

    m

    v2+

    2EeL

    m

    eB)

    电子在磁场中偏转120°后垂直于X轴射出,由几何关系得圆形磁场区域的最小半径为:

    Rmin=

    PQ

    2=rsin60°

    由56两式可得:

    Rmin=

    3mv

    eB(或Rmin=

    3

    2•

    m

    v2+

    2eEL

    m

    eB)

    圆形磁场区域的最小面积为:

    Smin=

    3πm2v2

    e2B2[或Smin=

    3πm(mv2+2eEL)

    4e2B2]

    答:(1)C点的坐标为(0,v

    2mL

    eE);

    (2)电子经过C点时的速度大小为

    v2+

    2EeL

    m;

    (3)若电子经过C点的速度与y轴正方向成60°角,圆形磁场区域的最小面积为

    3πm2v2

    e2B2.

    点评:

    本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;平抛运动;动能定理的应用;带电粒子在匀强磁场中的运动.

    考点点评: 本题关键明确粒子的运动规律,先类似平抛运动,然后匀速圆周运动;然后根据类似平抛运动的分位移公式、动能定理、牛顿第二定律列式求解;同时要注意结合几何关系分析磁场区的最小面积.

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