Question

（20分）如右圖，xoy平面內(nèi)存在著沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，一個(gè)質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v₀沿x軸 正方向開始運(yùn)動(dòng)。當(dāng)它經(jīng)過(guò)圖中虛線上的M（，a）點(diǎn)時(shí)，撤去電場(chǎng)，粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后進(jìn)入一個(gè)矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域（圖中未畫出），又從虛線上的某一位置N處沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)并再次經(jīng)過(guò)M點(diǎn)。已知磁場(chǎng)方向垂直xoy平面（紙面）向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，不計(jì)粒子的重力。

試求：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大��；      

（2）N點(diǎn)的坐標(biāo)；

（3）矩形磁場(chǎng)的最小面積。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）（，）（3）

【解析】如圖是粒子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖。

⑴ 粒子從O到M做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)時(shí)間為t，則有

 ………………………………（2分）        

 ………………………………（2分）

得 ………………………………（1分）

⑵ 粒子運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)時(shí)速度為v，與x方向的夾角為，則

………………………………（2分）

  ………………………………（2分）

，即……………………………（1分）

由題意知，粒子從P點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，從N點(diǎn)離開磁場(chǎng)，粒子在磁場(chǎng)中以O(shè)′點(diǎn)為圓心.圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)半徑為R，.解得粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為 （1分）

由幾何關(guān)系知， ………………………………（1分）

所以N點(diǎn)的縱坐標(biāo)為 ………………………………（2分）

橫坐標(biāo)為

即N點(diǎn)的坐標(biāo)為（，）……………………………… （1分）

⑶當(dāng)矩形磁場(chǎng)為圖示虛線矩形時(shí)的面積最小。則矩形的兩個(gè)邊長(zhǎng)分別為

 ………………………………（2分）

 ………………………………（2分）

所以矩形磁場(chǎng)的最小面積為

………………………………（1分）