Question

【題目】如圖所示，在xOy平面內(nèi)y軸與MN邊界之間有沿x軸負方向的勻強電場，y軸左側(cè)（I區(qū)）和MN邊界右側(cè)（II區(qū)）的空間有垂直紙面向里的勻強磁場，且MN右側(cè)的磁感 應(yīng)強度大小是y軸左側(cè)磁感應(yīng)強度大小的2倍，MN邊界與y軸平行且間距保持不變.一質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子以速度從坐標原點O沿x軸負方向射入磁場，每次經(jīng)過y軸左側(cè)磁場的時間均為，粒子重力不計.

（1）求y軸左側(cè)磁場的磁感應(yīng)強度的大小B;

（2）若經(jīng)過時間粒子第一次回到原點O,且粒子經(jīng)過電場加速后速度是原來的4倍，求電場區(qū)域的寬度d

（3）若粒子在左右邊磁場做勻速圓周運動的 半徑分別為R1、R2且R1<R2,要使粒子能夠回到原點O,則電場強度E應(yīng)滿足什么條件？

Answer 1

【答案】(1) (2) (3)

【解析】

(1) 粒子在磁場中做圓周運動的周期：，粒子每次經(jīng)過磁場的時間為半個周期，則：

解得：

(2) 設(shè)粒子在I、Ⅱ區(qū)運動的速度分別為v1、v2，運動周期分別為T1、T2，則

，，

解得：

粒子在t=4.5t0時回到原點，運動軌跡如圖所示：

粒子在I、Ⅱ運動時間分別為

粒子在電場中運動時間為

故粒子在電場中運動寬度d所用時為t0得

解得：

(3) 由幾何關(guān)系，要使粒子經(jīng)過原點，則應(yīng)滿足

由向心力公式有：

解得：

根據(jù)動能定理：

解得：