如图所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场,已知左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右,其宽度为L;中间区域匀
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解题思路:(1)带正电的粒子在电场中做匀加速直线运动,垂直进入磁场后做匀速圆周运动,画出粒子运动的轨迹,根据动能定理即可求解带电粒子在磁场中运动的速率;粒子在磁场中由洛伦兹力充当向心力,由牛顿第二定律求出轨迹的半径.根据几何关系求解中间磁场区域的宽度;

(2)先求出在电场中运动的时间,再求出在两段磁场中运动的时间,三者之和即可带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间.

(1)电场中加速过程,根据动能定理,有:qEL=[1/2mv2,解得:v=

2qEL

m];

粒子在两磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:

qvB=m

v2

r,故r=

1

B

2mEL

q;

画出粒子的运动轨迹,如图所示,三段圆弧的圆心构成的三角形是等边三角形,边长为2r;

故中间磁场的宽度为:d=rsin60°=

1

2B

6mEL

q;

(2)粒子在电场中做匀变速直线运动,加速阶段由运动学公式L=[1/2a

t21],a=[qE/m]可得:t1=

2mL

qE,在中间磁场中所用时间t2=2×[T/6]=[2πm/3qB];

在右侧磁场中的运动时间t3=[5/6T=

5πm

3qB],则t=2t1+t2+t3=2

2mL

qE+

7πm

3qB;

答:(1)中间磁场区域的宽度d为

1

2B

6mEL

q.

(2)带电粒子从a点开始运动到第一次回到a点时所用的时间t为2

2mL

qE+

7πm

3qB.

点评:

本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,解题关键是画出粒子的运动轨迹,运用几何知识求解轨迹半径.