Question

【題目】如圖所示，三塊擋板圍成截面邊長L＝1.2m的等邊三角形區(qū)域，C、P、Q分別是MN、AM和AN中點處的小孔，三個小孔處于同一豎直面內(nèi)，MN水平，MN上方是豎直向下的勻強電場，場強E=4×10-4N /C。三角形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B1；AMN以外區(qū)域有垂直紙面向外， 磁感應(yīng)強度大小為B2＝3B1的勻強磁場�，F(xiàn)將一比荷q/m=108C/kg的帯正電的粒子，從O點由靜止釋放，粒子從MN小孔C進(jìn)入內(nèi)部勻強磁場，經(jīng)內(nèi)部磁場偏轉(zhuǎn)后直接垂直AN經(jīng)過Q點進(jìn)入外部磁場。已知粒子最終回到了O點，OC相距2m。設(shè)粒子與擋板碰撞過程中沒有動能損失，且電荷量不變，不計粒子重力，不計擋板厚度，取π＝3。求：

（1）磁感應(yīng)強度B1的大小；

（2）粒子從O點出發(fā)，到再次回到O點經(jīng)歷的時間；

（3）若僅改變B2的大小，當(dāng)B2滿足什么條件時，粒子可以垂直于MA經(jīng)孔P回到O點（若粒子經(jīng)過A點立即被吸收）。

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】

（1）粒子從O到C即為在電場中加速，則由動能定理得：

解得v=400 m/s

帶電粒子在磁場中運動軌跡如圖所示。

由幾何關(guān)系可知

由

代入數(shù)據(jù)得

（2）由題可知B2=3B1=2×10-5T

則

由運動軌跡可知：進(jìn)入電場階段做勻加速運動，則

得到t1=0.01s

粒子在磁場B1中的周期為

則在磁場B1中的運動時間為

在磁場B2中的運動周期為

在磁場B2中的運動時間為

則粒子在復(fù)合場中總時間為：

（3）設(shè)擋板外磁場變?yōu)?/span>，粒子在磁場中的軌跡半徑為r，則有

根據(jù)已知條件分析知，粒子可以垂直于MA經(jīng)孔P回到O點，需滿足條件，其中k=0、1、2、3……

解得