(2)要满足题设条件,区域Ⅱ中电场方向必须平行于分界线斜向左下方 两粒子进入电场中都做类平抛运动,区域Ⅱ的宽度为d ,出电场时,对粒子1沿电场方向的运动有 v3E?q1Edv1? ?3v1 3v1?mv1tan30?1qvv12 所以1?1 又 q1v1B?m1m1BllE?3Blv1 dv23v2 ?tan60?3(3)粒子2经过区域Ⅱ电场加速获得的速度大小为v4E?对粒子2在电场中运动有
2v2 又 q2v2B?m23lqEd3v2?2? 3m2v2所以
q2v?2 m23Blv1?2v1 sin30?所以 v2?v1
(4)粒子1经过区域Ⅲ时的速度大小为v3?2v3 R3?l 有 2Bq1v3?m1R3粒子2经过区域Ⅲ时的速度大小为v4?2v4 有 2Bq2v4?m2R4v223v2 ?cos30?3R4?3l
两粒子要在区域IV运动后到达同一点引出,O3圆对应的圆心角为60゜,O4圆对应的圆心
角为120゜
R3?2R4cos30??vSSdvd++3E??4E? tan30?tan60?2v12v2S?3l?d 2点睛:带电粒子在组合场中的运动问题,首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况,再选择合适方法处理.对于匀变速曲线运动,常常运用运动的分解法,将其分解为两个直线的合成,由牛顿第二定律和运动学公式结合求解;对于磁场中圆周运动,要正确画出轨迹,由几何知识求解半径.
6.相距为L 的平行金属板 M、N,板长也为L,板间可视为匀强电场,两板的左端与虚线 EF 对齐,EF 左侧有水平匀强电场,M、N 两板间所加偏转电压为 U,PQ 是两板间的中轴线.一质量为 m、电量大小为+q 的带电粒子在水平匀强电场中 PQ 上 A 点由静止释放,水平电场强度与M、N之间的电场强度大小相等,结果粒子恰好从 N 板的右边緣飞出,立即进入垂直直面向里的足够大匀强磁场中 ,A 点离 EF 的距离为 L/2;不计粒子的重力,求: (1)磁感应强度B大小
(2)当带电粒子运动到 M 点后,MN 板间偏转电压立即变为?U,(忽略电场变化带来的影响)带电粒子最终回到 A 点,求带电粒子从出发至回到 A 点所需总时间.
【答案】(1)【解析】 【详解】
2mU3?Lm(4L?)(2) Lq4qU(1)由题意知:对粒子在水平电场中从点A到点O:有:
qUl12?mv?0……………① L22 在竖直向下的电场中从点O到N右侧边缘点B: 水平方向:
L?v0t……………②
竖直方向:
L1qU2?t……………③ 22mL在B点设速度v与水平初速度成θ角 有:
L……………④
tan??2?2?1L粒子在磁场中做匀速圆周运动 由几何关系可得:
R?又:
2L……………⑤ 2v2qvB?m……………⑥
R联解①②③④⑤⑥得:
B?2mU……………⑦
Lq
(2)粒子在磁场中运动的圆心角??3? 2T?在磁场中运动时间:
2?R2?m? vqBt??在水平电场中运动时间:
?T 2?t???总的时间:
v0v?0aqU……………⑧
mL t总?2t?2t???t?……………⑨
联解得:
t总?(4L?3?Lm) ……………⑩ 4qU
7.如图所示的xoy平面内,以O1(0,R)为圆心,R为半径的圆形区域内有垂直于xoy平面向里的匀强磁场(用B1表示,大小未知);x轴下方有一直线MN,MN与x轴相距为
?y),x轴与直线MN间区域有平行于y轴的匀强电场,电场强度大小为E;在MN的下
方有矩形区域的匀强磁场,磁感应强度大小为B2,磁场方向垂直于xOy平面向外。电子a、b以平行于x轴的速度v0分别正对O1点、A(0,2R)点射入圆形磁场,偏转后都经过原点O进入x轴下方的电场。已知电子质量为m,电荷量为
23mv03mv0e,E?,不计电子重力。 ,B2?2eR2eR
(1)求磁感应强度B1的大小;
(2)若电场沿y轴负方向,欲使电子a不能到达MN,求?y的最小值; (3)若电场沿y轴正方向,?y?求矩形磁场区域的最小面积。 【答案】(1)3(2)【解析】
(1)电子射入圆形区域后做圆周运动,轨道半径大小相等,设为r,当电子?射入,经过O点进入x轴下方,则:r=R
2mvv0ev0B?m ,解得:B1?0
eRr3R,欲使电子b能到达x轴上且距原点O距离最远,
3R(3)4(2+3)R2 3(2)匀强电场沿y轴负方向,电子a从O点沿y轴负方向进入电场做减速运动,由动能定理 eE?y=
1mv02 22mv03可求出?y??R
2eE3(3)匀强电场沿y轴正方向,电子b从O点进入电场做类平抛运动,设电子b经电场加速后到达MN时速度大小为v,电子b在MN下方磁场做匀速圆周运动轨道半径为r1,电子b离开电场进入磁场时速度方向与水平方向成?角,如图所示。