如图甲所示,相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区,磁场方向垂直纸面向里,在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和
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解题思路:(1)粒子在匀强电场中做匀加速直线运动,电场力做功等于粒子动能的增加;

(2)使粒子不与极板相撞,则运动的半径大于[L/4];

(3)粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,则从s1再次进入电场时的时刻是

5

T

0

2

,粒子从左向右应是水平匀速穿过无场区,距离为d,根据匀速运动的规律求得时间,粒子在左右磁场中的时间是相等的,粒子在左右磁场中的时间是相等的且都是半个周期,所以粒子运动的总时间是一个周期,即t′=T;然后根据洛伦兹力提供向心力,即可求得磁感应强度.

(1)粒子在匀强电场中电场力做功等于粒子动能的增加,得:

qU0=

1

2mv2

代入数据,得:v=

2qU0

m

又:d=

1

2v(

T0

2),

联立以上两式,得:d=

T0

4

2qU0

m

(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即:qvB=

mv2

r,

得:r=

mv

qB

使粒子不与极板相撞,则运动的半径r≥

L

4

联立以上两式,得:B≤

4

L

2mU0

q

(3)粒子在t=3T0时刻再次到达S2,且速度恰好为零,根据运动的对称性,则从s1再次进入电场时的时刻是

5T0

2;

粒子从左向右应是水平匀速穿过无场区,距离为d,时间为:t1=

d

v=

T0

4

粒子在左右磁场中的时间是相等的,粒子在磁场中运动的总时间:t′=

5T0

2−

T0

2−

T0

4=

7

4T0

粒子在左右磁场中的时间是相等的且都是半个周期,所以粒子运动的总时间是一个周期,即t′=T;粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,得:

qvB=

m4π2r

T2,vT=2πr

联立以上公式得:B=

8πm

7qT0.

答:(1)粒子到达S2时的速度

2qU

m和极板间距d=

T0

4

2qU0

m;

(2)磁感应强度的大小应满足的条件B≤

4

L

2mU0

q;

(3)粒子在磁场内运动的时间[7/4T0,磁感应强度的B=

8πm

7qT0].

点评:

本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 该题中粒子在左右磁场中的时间是相等的,在电场中加速和减速的时间也是相等的,是这解题的关键.该题解题的过程复杂,公式较多,容易在解题的过程中出现错误.属于难度大的题目.

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