解题思路:(1)由题意可得半径:
R=
1
2
L
,结合在区域Ⅰ中运动时,由洛伦兹力提供向心力即可求出磁感应强度;
(2)画出运动的轨迹,求出时间与周期之间的关系,然后代入周期公式即可求出时间;
(3)粒子在电场中做类平抛运动,当粒子在该区域中速度的方向与x′轴平行时速度最小,将运动的过程分解即可求出最小速度;代入运动学的公式即可求得两点之间的距离.
(1)由题意,粒子进入区域Ⅰ后做圆周运动的圆心为Q,半径:R=
1
2L
在区域Ⅰ中运动时,由洛伦兹力提供向心力得:qv0B=m
v20
R
解得:B=
mv0
qR=
2mv0
qL
(2)粒子在磁场中运动的轨迹如图,轨迹对应的圆心角一共为:△θ=300°+2×60°=420°
粒子在两个磁场中运动的总时间为:t1=
420°
360°T=
7
6•
2πR
v0=
7πL
6v0
(3)粒子沿y轴的负方向进入区域Ⅲ后仅仅在电场力的作用下做匀变速曲线运动,如图建立直角坐标系,可知粒子在该区域中速度的方向与x′轴平行时速度最小;
vmin=v0cosα=
4
5v0
加速度:a=
qE
m
粒子从进入到速度最小经历的时间为:t2
t2=
v0sinα
a2=
mv0sinα
qE
粒子恰好离开区域时的位移最大,由对称性可知在电场中运动的时间为 2t2,则:
s=v0cosα•2t2=
24m
v20
25qE
答:(1)区域Ⅰ中磁感应强度B的大小是
2mv0
qL;
(2)粒子在两磁场中运动的总时间是[7πL
6v0;
(3)粒子进入区域Ⅲ后的最小速度vmin的大小是
4/5v0,从边界CD进出Ⅲ时两点的距离是
24m
v20
25qE].
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: 该题中粒子先在磁场中运动,要注意正确画出粒子运动的轨迹,结合轨迹与牛顿第二定律即可求解;当粒子在电场中运动时,粒子在该区域中速度的方向与电场力的方向平行时速度最小.要牢记.