如图所示,某一空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场.左侧区域匀强电场的场强大小为E,方向水平向右,电场宽度为L;中间

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  • 解题思路:(1)带正电的粒子在电场中加速,由动能定理可以求出粒子的速度;理即可求解带电粒子在磁场中运动的速率;

    (2)粒子在磁场中由洛伦兹力充当向心力,由牛顿第二定律求出轨迹的半径.根据几何关系求解中间磁场区域的宽度;

    (3)先求出在电场中运动的时间,再求出在两段磁场中运动的时间,三者之和即可带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间.

    (1)带电粒子在电场中加速,由动能定理得:qEL=[1/2]mv2

    解得:v=

    2qEL

    m;

    (2)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:qvB=m

    v2

    R,

    解得,粒子轨道半径:R=[1/B]

    2mEL

    q,

    两磁场的磁感应强度大小相等,粒子在两磁场中的轨道半径相等,粒子运动轨迹如图所示,

    三段圆弧的圆心组成的三角形△O1O2O3是等边三角形,

    其边长为2R.所以中间磁场区域的宽度为

    d=Rsin60°=[1/2B]

    6mEL

    q;

    (3)粒子在电场中做匀变速直线运动,运动时间:

    t1=2[v/a]=2[v

    qE/m]=2

    2mL

    qE,

    粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=[2πm/qB],

    在中间磁场中运动时间t2=2×[θ/360°]T=2×[60°/360°]×[2πm/qB]=[2πm/3qB],

    在右侧磁场中运动时间t3=[θ′/360°]T=[300°/360°]×[2πm/qB]=[5πm/3qB],

    则粒子第一次回到O点的所用时间:

    t=t1+t2+t3=2

    2mL

    qE+[7πm/3qB];

    答:(1)带电粒子在磁场中运动的速率

    2qEL

    m;(2)中间磁场区域的宽度[1/2B]

    6mEL

    q;(3)带电粒子从O开始运动到第一次回到O点所用的时间2

    2mL

    qE+[7πm/3qB].

    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: 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,静止的带点粒子在电场作用下做匀加速直线运动,在磁场中做匀速圆周运动,要求同学们能画出粒子运动的轨迹,结合几何关系求解,知道半径公式及周期公式,难度适中.

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