(2014•漳州三模)如图,在一二象限内-R≤x≤R范围内有竖直向下的运强电场E,电场的上边界方程为y=[1/2R]x2
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解题思路:(1)根据动能定理求出粒子经电场加速度后获得的速度,即进入磁场时速度.(2)先由第一问的结论求出x=-R3处的离子释放后获得的速度,然后运动学公式和牛顿第二定律求出从释放到经过点(R,0)所需时间t.(3)所有离子都经过的点为持续发出荧光的点,由几何知识确定半径,由牛顿第二定律求磁感应强度.

(1)于x处释放离子,由动能定理得:Eq[1/2R]x2=[1/2]mv2

得离子进入磁场时的速度为:v=

Eq

mR|x|

(2)由(1)得在x=-[R/3] 处释放的离子到达x轴时速度为:v=

Eq

mR•[R/3]=[1/3]

EqR

m

从释放到到达x轴时间为:t1=[v/a]=

1

3

EqR

m

Eq

m=[1/3]

mR

Eq

a)第一种情况:离子直接从x=-[R/3]经磁场达x=R 处.

在磁场中经历半圆时间为:t2=[s/v]=

π

2(R+

R

3)

v=2π

mR

Eq

总时间为:T1=t1+t2=(2π+[1/3])

mR

Eq

b)第二种情况:离子直接从x=-[R/3]经磁场达x=[R/3]处进入电场返回磁场再到x=R处

易得在磁场中时间仍然为:t2=2π

mR

Eq

在电场中时间为:3t1=

mR

Eq

总时间为:T2=3t1+t2=(2π+1)

mR

Eq

(3)在磁场B中有:qvB=m

v2

r

所以运动半径为:r=[mv/qB]=[1/B]

Em

qR|x|

可以看出,B一定时,必有r∝|x|,当|x|→0时,r→0 (离子经磁场偏转从逼近原点出磁场)因此,所有离子都从原点(0,0)点出磁场,击中荧光屏上(0,[1/2]R)

则有:2r=x

因为qvB1=m

v2

r

所以有:B1=[mv/qr]=2

Em

qR

答:(1)在x(-R≤x≤R)处释放的离子进入磁场时速度v=

Eq

mR|x|.

(2)若仅让横坐标x=-[R/3]的离子释放,它最后能经过点(R,0),从释放到经过点(R,0)所需时间t=(2π+[1/3])

mR

Eq 或(2π+1)

mR

Eq.

(3)若同时将离子由静止释放,释放后一段时间发现荧光屏上只有一点持续发出荧光.该点坐标为(0,[1/2]R)磁感应强度B1为2

Em

qR.

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;动能定理的应用;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题中电场的区域边界是数学解析式的表达方式,设计新颖,学习中应该注意数学思想在物理中的应用.