• 如图1所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图2所示),电场强度的大小为E,E>0表示电场方向竖直向上.t=0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点.Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.上述d、E、m、v、g为已知量.(1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小;(2)求电场变化的周期T;(3)改变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求T的最小值.试题及答案-解答题-云返教育

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      如图1所示,宽度为d的竖直狭长区域内(边界为L1、L2),存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场(如图2所示),电场强度的大小为E,E>0表示电场方向竖直向上.t=0时,一带正电、质量为m的微粒从左边界上的N1点以水平速度v射入该区域,沿直线运动到Q点后,做一次完整的圆周运动,再沿直线运动到右边界上的N2点.Q为线段N1N2的中点,重力加速度为g.上述d、E、m、v、g为已知量.

      (1)求微粒所带电荷量q和磁感应强度B的大小;
      (2)求电场变化的周期T;
      (3)改变宽度d,使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域,求T的最小值.

      试题解答


      见解析
      (1)根据题意,微粒做圆周运动,洛伦兹力完全提供向心力,重力与电场力平衡,
      则mg=qE
      -------
      ∵微粒水平向右做直线运动,∴竖直方向合力为0.
      则 mg+qE
      =qvB-----②
      联立①②得:q=
      ------③B=--------④
      (2)设微粒从N
      1运动到Q的时间为t1,作圆周运动的周期为t2
      =vt1-----⑤qvB=m--------⑥2πR=vt2------------
      联立③④⑤⑥⑦得:t
      1=,t2=--------⑧
      电场变化的周期T=t
      1+t2=+-------⑨
      (3)若微粒能完成题述的运动过程,要求 d≥2R------⑩
      联立③④⑥得:R=
      ,设N1Q段直线运动的最短时间t1min,由⑤⑩得t1min=
      因t
      2不变,T的最小值 Tmin=t1min+t2=
      答:(1)微粒所带电荷量q为
      ,磁感应强度B的大小为
      (2)电场变化的周期T为
      +
      (3)T的最小值为

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