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如图所示,中轴线PQ将矩形区域MNDC分成上下两部分,上部分充满垂直纸面向外的匀...

如图所示,中轴线PQ将矩形区域MNDC分成上下两部分,上部分充满垂直纸面向外的匀强磁场,下部分充满垂直纸面向内的匀强磁场,磁感应强度皆为B.一质量为m,带电量为q的带正电粒子从P点进入磁场,速度与边MC的夹角θ=30°.MC边长为a,MN边长为8a,不计粒子重力.求:
(1)若要该粒子不从MN边射出磁场,其速度最大值是多少?
(2)若要该粒子恰从Q点射出磁场,其在磁场中的运行时间最少是多少?
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(1)带电粒子进入磁场后,做匀速圆周运动,当该粒子恰好不从MN边射出磁场时,轨迹与MN相切,根据几何知识求出轨迹的半径,由牛顿第二定律求解速度的最大值. (2)由几何知识得知,θ=30°,粒子每经过分界线PQ一次,在PQ方向前进的位移为轨迹半径的,粒子进入磁场后第n次经过PQ线时恰好到达Q点,则有nr=8a,是正整数,而且r<a,再根据周期公式求出最少时间. 【解析】 (1)设该粒子恰不从MN边射出磁场时的轨迹半径为r,由几何关系得: rcos60°=r-,解得  r=a      又由 qvB=m          解得最大速度为 v=        (2)粒子每经过分界线PQ一次,在PQ方向前进的位移为轨迹半径R的倍. 有  nR=8a,且R<a    解得    n>=4.62 n所能取的最小自然数为5. 粒子做圆周运动的周期为 T=  粒子每经过PQ分界线一次用去的时间为  t==       粒子到达Q点的最短时间为  tmin=5t=  答:(1)若要该粒子不从MN边射出磁场,其速度最大值是. (2)若要该粒子恰从Q点射出磁场,其在磁场中的运行时间最少是.
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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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