解题思路:(1)带电粒子从S点出发,在两筒之间的电场作用下加速,沿径向穿过狭缝a而进入磁场区,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.粒子从1号缝直接到3号缝,轨迹为14圆周,轨迹半径等于内筒半径,由牛顿第二定律列式求出速度,由根据动能定理求出加速电压.(2)粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝,只要穿过了狭缝,粒子就会在电场力作用下先减速,再反向加速,再重新进入磁场区,再回到S点.画出粒子可能的运动轨迹,共有三种可能情况:第一种:粒子依次经过2、3、4、5、6、7、8号缝回到1号缝;第二种:粒子依次经3、5、7号缝回到1号缝;第三种:粒子依次经过4、7、2、5、8、3、6号缝回到1号缝.确定出轨迹的圆心角,求出总时间.
(1)m1粒子从S点出发在电场力作用下加速沿径向由1号缝以速度V1进入磁场,
依动能定理 q1U=
1
2mV12 ①
在磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力公式和牛顿定律得 qV1B=m
V12
r1 ②
粒子从1号缝直接到3号缝,轨迹为1/4圆周,轨迹半径等于内筒半径r1=R ③
由以上得U=
q1R2B2
2m1 ④
(2)m2粒子进入磁场后,做匀速圆周运动周期为T qv2B=m2
v22
r2 ⑤
周期为 T=
2πr2
v2 ⑥
得T=
2πm2
q2B ⑦
m2粒子能回到S点的条件是能沿径向进入某条缝,在电场中先减速再反向加速重回磁场,然后以同样的方式经过某些缝最后经1号缝回到S点.共有三种可能情况
第一种:粒子依次经过2、3、4、5、6、7、8号缝回到1号缝.
t=8×
135
360×T=3T=
6πm2
q2B ⑧
第二种:粒子依次经3、5、7号缝回到1号缝 t=4×
1
4T=T=
2πm2
q2B ⑨
第三种:粒子依次经过4、7、2、5、8、3、6号缝回到1号缝 t=8×
1
8T=T=
2πm2
q2B ⑩
答:(1)两电极间加的电压U是
q1R2B2
2m1.
(2)另一个粒子质量为m2,带电量为+q2,也从S点由静止出发,该粒子经过一段时间后恰好又回到S点,该粒子在磁场中第一次回到S点的运动时间可能为:
6πm2
q2B或
2πm2
q2B.
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.
考点点评: 本题看似较为复杂,实则简单; 带电粒子在磁场运动解决的关键在于要先明确粒子可能的运动轨迹,只要能确定圆心和半径即可由牛顿第二定律及向心力公式求得结果.