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.