Question

如圖所示，在豎直平面內(nèi)，虛線MO與水平線PQ相交于0，二者夾角θ=30°，在MOP范圍內(nèi)存在豎直向下的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，MOQ上方的某個(gè)區(qū)域有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，0點(diǎn)處在磁場的邊界上，現(xiàn)有一群質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子在紙面內(nèi)以速度v（0<v≤）垂直于MO從O點(diǎn)射入磁場，所有粒子通過直線MO時(shí)，速度方向均平行于PQ向左，不計(jì)粒子的重力和粒子間的相互作用力。求：

   （1）速度最大的粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；

   （2）速度最大的粒子打在水平線POQ上的位置離O點(diǎn)的距離；

   （3）磁場區(qū)域的最小面積。

 

Answer 1

（1）；（2）；（3）。

解析:（18分）解：（1）因粒子通過直線MO時(shí)，速度方向均平行于PQ向左，說明粒子速度方向改變了，由幾何關(guān)系可得粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。設(shè)粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，周期為T，粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t₁

因?yàn)?img width=64 height=44 >  （2分）

所以   （2分）

（2）由 （1分）

得  （1分）

設(shè)粒子自N點(diǎn)水平飛出磁場，出磁場后應(yīng)做勻速運(yùn)動(dòng)至OM，設(shè)勻速運(yùn)動(dòng)的距離為s，由幾何關(guān)系知：

  （1分）

過MO后粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₂，

則：   （1分）

  （1分）

由幾何關(guān)系知，速度最大的粒子打在水平線POQ上的位置離O點(diǎn)的距離

  （5分）

（3）由題知速度大小不同的粒子均要水平通過OM，則其飛出磁場的位置均應(yīng)在ON的連線上，故磁場范圍的最小面積是速度最大的粒子在磁場中的軌跡與ON所圍成的面積，

扇形的面積    （1分）

的面積為：

 （1分）

                （1分）

 （1分）