Question

【題目】如圖甲所示，在光滑絕緣水平桌面內(nèi)建立xOy坐標系，在第Ⅱ象限內(nèi)有平行于桌面的勻強電場，場強方向與x軸負方向的夾角θ=45°。在第Ⅲ象限垂直于桌面放置兩塊相互平行的平板C1、C2，兩板間距為d1=0.6m，板間有豎直向上的勻強磁場，兩板右端在y軸上，板C1與x軸重合，在其左端緊貼桌面有一小孔M，小孔M離坐標原點O的距離為l1=0.72m。在第Ⅳ象限垂直于x 軸放置一豎直平板C3，垂足為Q，Q、O相距d2=0.18m，板C3長l2=0.6m�，F(xiàn)將一帶負電的小球從桌面上的P點以初速度垂直于電場方向射出，剛好垂直于x軸穿過C1板上的M孔，進入磁場區(qū)域。已知小球可視為質(zhì)點，小球的比荷，P點與小孔M在垂直于電場方向上的距離為，不考慮空氣阻力。求：

(1)勻強電場的場強大��；

(2)要使帶電小球無碰撞地穿出磁場并打到平板C3上，求磁感應強度B的取值范圍；

(3)以小球從M點進入磁場開始計時，磁場的磁感應強度隨時間呈周期性變化，如圖乙所示，則小球能否打在平板C3上？若能，求出所打位置到Q點距離；若不能，求出其軌跡與平板C3間的最短距離。 (，計算結果保留兩位小數(shù))

Answer 1

【答案】(1) (2) (3)

【解析】本題考查帶電粒子在組合場中的運動，涉及有界磁場的臨界問題。

（1）小球在第Ⅱ象限內(nèi)做類平拋運動有：

由牛頓第二定律有：

代入數(shù)據(jù)解得：

（2）設小球通過M點時的速度為v，

由類平拋運動規(guī)律：

小球垂直磁場方向進入兩板間做勻速圓周運動，軌跡如圖

由牛頓第二定律有：

得：

小球剛好能打到Q點磁感應強度設為B1，此時小球的軌跡半徑為R1

由幾何關系有：

解得：

小球剛好不與C2板相碰時磁感應強度最小設為B2，此粒子的軌跡半徑為R2

由幾何關系有：

解得：

綜合得磁感應強度的取值范圍：

（3）小球進入磁場做勻速圓周運動，設半徑為R3，周期為T有：

由磁場周期得小球在磁場中運動的軌跡如圖

可得：一個磁場周期內(nèi)小球在x軸方向的位移為3r

由分析知有： n=2

則小球能打在平板C3上，設位置到Q點距離為h有：

解得： m