如图,两个共轴的圆筒形金属电极,在内筒上均匀分布着平行于轴线的标号1-8的八个狭缝,内筒内半径为R,在内筒之内有平行于轴
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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.

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