Question

（１８分）如圖所示，在ｘｏｙ平面內(nèi)，有一個(gè)圓形區(qū)域的直徑ＡＢ 與ｘ軸重合，圓心Ｏ′的坐標(biāo)為（２ａ，０），其半徑為ａ，該區(qū)域內(nèi)無磁場． 在ｙ軸和直線ｘ＝３ａ之間的其他區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Ｂ．一質(zhì)量為ｍ、電荷量為ｑ的帶正電的粒子從ｙ軸上某點(diǎn)射入磁場．不計(jì)粒子重力．

（１）若粒子的初速度方向與ｙ軸正向夾角為６０°，且粒子不經(jīng)過圓形區(qū)域就能到達(dá)Ｂ點(diǎn)，求粒子的初速度大�。�１；

（２）若粒子的初速度方向與ｙ軸正向夾角為６０°，在磁場中運(yùn)動的時(shí)間為Δｔ＝πｍ/３Ｂｑ，且粒子也能到達(dá)Ｂ點(diǎn)，求粒子的初速度大小ｖ２；

（３）若粒子的初速度方向與ｙ軸垂直，且粒子從Ｏ′點(diǎn)第一次經(jīng)過ｘ軸，求粒子的最小初速度ｖｍ．

 

 

Answer 1

【答案】

（1）；（2）；（3）。

【解析】

試題分析：（1）粒子不經(jīng)過圓形區(qū)域就能達(dá)到B點(diǎn)，故粒子到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度豎直向下，圓心必在x軸正半軸上，設(shè)粒子圓周運(yùn)動的半徑為r1，

由幾何關(guān)系得：r1sin30°=3a－r1（3分）；又qv1B=m（2分）

解得：v1=（1分）

（2）粒子在磁場中運(yùn)動的周期T=，

故粒子在磁場中的運(yùn)動軌跡的圓心角為α==60°（1分）

粒子到達(dá)B點(diǎn)的速度與x軸夾角β=30°（1分）

設(shè)粒子做圓周運(yùn)動的半徑為r2由幾何關(guān)系得：3a=2r2sin30°+2acos230°（3分）

又qv2B=m，解得：v2=（1分）

（3）設(shè)粒子從C點(diǎn)進(jìn)入圓形區(qū)域，O′C與O′A夾角為θ，軌跡圓對應(yīng)的半徑為r，由幾何關(guān)系得：

2a=rsinθ+acosθ（3分）

故當(dāng)θ=60°時(shí)，半徑最小為rm=a(2分)

又qvmB=m，解得vm=(1分)(其他正確解法都給分)

考點(diǎn)：洛倫茲力，圓周運(yùn)動，牛頓第二定律。