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如图所示,在第一象限内,0<x≤a的区域中有垂直于纸面向里的匀强磁场,x>a的区...

如图所示,在第一象限内,0<x≤a的区域中有垂直于纸面向里的匀强磁场,x>a的区域中有垂直于纸面向外的匀强磁场,两区域内的磁感应强度的大小均为B.在原点O处有一小孔,一束质量为m、电荷量为q带正电的粒子,沿着x轴方向经小孔射入磁场,最后穿过x轴或y轴离开磁场.已知入射粒子的速率在零到某一最大值之间,速率最大的粒子在0<x≤a区域内运动的时间为manfen5.com 满分网,它离开磁场时运动方向与x轴垂直,不计粒子重力,求:
(1)y轴上粒子射出点到原点O的最大距离
(2)速率最大的粒子离开磁场时的x轴坐标
(3)所有粒子在磁场中运动的时间范围.

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(1)打到y轴上的粒子均沿半个圆周运动,离O最远的粒子轨迹刚好与两磁场交界线相切,画出轨迹即可求解; (2)根据速度最大的粒子在0<x≤a中运动时间求出其对应的圆心角,根据几何关系求出半径,通过x>a的区域后,离开磁场时与x轴垂直,说明圆心在x轴上,根据几何关系即可求得坐标; (3)穿过y轴的所有粒子运动时间均为半个周期,画出穿过x轴的粒子运动轨迹,根据圆心角与周期的关系求出运动时间,进而求出运动时间范围. 【解析】 (1)打到y轴上的粒子均沿半个圆周运动,离O最远的粒子轨迹刚好与两磁场交界线相切(如图轨迹①) 则ymax=2a (2)速度最大的粒子在0<x≤a中运动时间 其对应的圆心角为60°,所以R== 通过x>a的区域后,离开磁场时与x轴垂直,说明圆心在x轴上(如图轨迹②) 由几何关系可知,对应的圆心角为150° x=R+2Rsin60°=2a+ (3)穿过y轴的所有粒子运动时间均为t1== 穿过x轴的粒子运动时间在如图轨迹②与轨迹③之间, 按轨迹②的运动,时间t2′== 按轨迹③的运动,时间t2″=T= 所以运动时间范围是t1=和t2∈(,) 答:(1)y轴上粒子射出点到原点O的最大距离为2a; (2)速率最大的粒子离开磁场时的x轴坐标为2a+; (3)所有粒子在磁场中运动的时间范围为t1=和t2∈(,).
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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