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如图所示,在x轴的上方(y>0的空间内)存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一个不计重力的带正电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场,粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成45°角,若粒子的质量为m,电量为q,
求:(1)该粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径?
(2)粒子在磁场中运动的时间?
分析:(1)粒子垂直进入磁场,由洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律求解轨道半径R.
(2)根据圆的对称性可知,粒子进入磁场时速度与x轴的夹角为45°角,穿出磁场时,与x轴的夹角仍为45°角,结合左手定则可知,粒子速度的偏向角为270°角,轨道的圆心角也为270°,则粒子在磁场中运动的时间t=
3
4
T
,求出周期T,即可求出时间t.
解答:解:(1)粒子垂直进入磁场,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得qvB=m
v2
R
  R=
mv
qB

   (2)粒子圆周运动的周期T=
2πR
v
=
2πm
qB

根据圆的对称性可知,粒子进入磁场时速度与x轴的夹角为45°角,穿出磁场时,与x轴的夹角仍为45°角,根据左手定则可知,粒子沿逆时针方向旋转,则速度的偏向角为270°角,轨道的圆心角也为270°,
故粒子在磁场中运动的时间t=
270°
360°
T=
3
4
T
=
3πm
2qB

答:粒子在磁场中运动的时间t=
3πm
2qB
点评:求带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的时间,常常根据t=
θ
T,θ是轨迹的圆心角,根据几何知识,轨迹的圆心角等于速度的偏向角.
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如图所示,在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度为E;在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B,C、D在x轴上,它们到原点O的距离均为a,θ=30°,现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子,从y轴上的P点由静止释放,不计重力作用和空气阻力的影响.
(1)若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场,求P、O间的距离;
(2)P、O间的距离满足什么条件时,可使粒子在电场和磁场中各运动3次?

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A、
3
4
a
B、
1
3
a
C、
1
4
a
D、
1
2
a

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科目:高中物理 来源:2012-2013学年河南省南阳市高三上期终质量评估物理试卷(解析版) 题型:计算题

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(1)若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场,求P、O间的距离;

(2)P、O间的距离满足什么条件时,可使粒子在电场和磁场中各运动3次?

 

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如图所示,在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度为E;在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。其中C,D在x轴上,它们到原点O的距离均为a,θ=30°,现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子,从y轴上的P点由静止释放,不计重力作用与空气阻力的影响。
(1)若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场,求P,O间的距离;
(2)若带电粒子第一次进入磁场后又能返回电场,P,O间的最大距离是多少?这种情况下粒子在磁场中运动的总时间是多少?
(3)P,O间距离满足什么条件时,可使粒子在电场和磁场中各运动3次?

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如图所示,在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度为E;在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B,C、D在x轴上,它们到原点O的距离均为a,θ=30°,现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子,从y轴上的P点由静止释放,不计重力作用和空气阻力的影响.

   (1)若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场,求P、O间的距离;

   (2)P、O间的距离满足什么条件时,可使粒子在电场和磁场中各运动3次?

                                                                                                                      

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