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.