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如图(a)所示,在坐标xOy平面的第一象限内,有一个匀强磁场,磁感强度大小恒为B...

如图(a)所示,在坐标xOy平面的第一象限内,有一个匀强磁场,磁感强度大小恒为B,方向垂直于xOy平面,且随时间作周期性变化,如图(b)所示.规定垂直xOy平面向里的磁场方向为正,一个质量为m,电量为q的正粒子,在t=0时刻从坐标原点以初速度v沿x轴正方向射入,在匀强磁场中运动,经过一个磁场变化周期T(未确定)的时间,粒子到达第一象限内的某一点P,且速度方向沿x轴正方向(不考虑重力作用)
(1)若点O、P连线与x轴之间的夹角为45°,则磁场变化的周期T为多大?
(2)因点P的位置随着磁场周期的变化而变化,试求点P纵坐标的最大值为多少?此时磁场变化的周期又为多大?

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(1)粒子一个磁场变化周期到P点的话,其运动时间应为四分之一周期,但是要考虑顺时针和逆时针两种情况 (2)磁场变化周期越大,圆弧越长,点P的纵坐标的值越大,但在磁场变化的一个周期T'内,每个圆弧不能超过半个圆,因此圆弧最长时应是第二个圆弧与y轴相切,这样就可保证粒子不会出第一象限,求出粒子半径,可以计算P的纵坐标最大值.而磁场的变化周期T'应等于带电粒子由O点运动至P点的时间. 【解析】 (1)粒子仅受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动.当磁场方向改变时,粒子的绕行方向也随之改变.要使粒子随时间T到达点P,且∠POX=45°,则粒子应正好经历的逆时针绕行和的顺时针绕行(T为粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期).轨迹如图(a)所示.故磁场变化的周期为T== (2)磁场变化周期越大,圆弧越长,点P的纵坐标的值越大,但在磁场变化的一个周期T'内,每个圆弧不能超过半个圆,因此圆弧最长时应是第二个圆弧与y轴相切(因圆弧再长就将从y轴射向第二象限穿出磁场).如图(b)所示. 设带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为R,则=R,, 所以点P的纵坐标为y=2R+R=(2+) 此时磁场的变化周期T'应等于带电粒子由O点运动至P点的时间 即 T'= 又sinθ==,θ=.ψ=    R= 解得:T'= (1)磁场变化的周期T为 (2)点P纵坐标的最大值为   此时磁场变化的周期为
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考点分析:
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(3)求金属环运动的最大速度的大小.

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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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