Question

【題目】如圖所示，在邊長(zhǎng)為L的正三角形OAB區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)和平行于AB邊水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)(圖中未畫出)。一帶正電粒子以某一初速度從三角形區(qū)域內(nèi)的O點(diǎn)射入三角形區(qū)域后恰好沿角平分線OC做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)，該粒子仍以此初速度從O點(diǎn)沿角平分線OC射入三角形區(qū)域，則粒子恰好從A點(diǎn)射出；若撤去該區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)，該粒子仍以此初速度從O點(diǎn)沿角平分線OC射入三角形區(qū)域，則粒子將在該區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。粒子重力不計(jì)。求：

(1)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r；

(2)三角形區(qū)域內(nèi)分別只有電場(chǎng)時(shí)和只有磁場(chǎng)時(shí)，粒子在該區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比。

Answer 1

【答案】(1)(2)

【解析】

(1)設(shè)粒子的電荷量為q，從O點(diǎn)進(jìn)入三角形區(qū)城的初速度大小為v，電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，當(dāng)三角形區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，有：

qE=qvB

當(dāng)三角形區(qū)域內(nèi)只存在電場(chǎng)時(shí)，粒子在該區(qū)城內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)的軌連如圖中圖線1所示，設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度大小為a，有：

qE=ma

設(shè)粒子從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的時(shí)間為t，沿OC方向有

沿CA方向有

當(dāng)三角形區(qū)城內(nèi)只存在碓協(xié)肘，粒子在垓區(qū)城內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)速的軌跡如圖中圖線2所示，設(shè)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，有：

解得：

(2)由(1)可得，當(dāng)三角形區(qū)域內(nèi)只存在電場(chǎng)時(shí)，粒子在該區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：

當(dāng)三角形區(qū)域內(nèi)只存在磁場(chǎng)時(shí)，由幾何關(guān)系可知，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為：

故粒子在該區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：

故