Question

【題目】如圖所示，在xOy平面內(nèi)y軸左側(cè)（含y軸）有一沿y軸負(fù)向的勻強電場，一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電粒子從x軸上P處以速度v0沿x軸正向進入電場，從y軸上Q點離開電場時速度方向與y軸負(fù)向夾角θ=30°，Q點坐標(biāo)為（0，－d），在y軸右側(cè)某區(qū)域內(nèi)（圖中未畫出）有一與坐標(biāo)平面垂直的有界勻強磁場，磁場磁感應(yīng)強度大小，粒子能從坐標(biāo)原點O沿x軸負(fù)向再進入電場．不計粒子重力，求：

（1）電場強度大小E；

（2）粒子在有界磁場中做圓周運動的半徑r和時間t；

（3）如果有界勻強磁場區(qū)域為半圓形，求磁場區(qū)域的最小面積S．

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】（1）設(shè)粒子從Q點離開電場時速度大小為v，由粒子在勻強電場中做類平拋運動得：

由動能定理得：

解得：

（2）設(shè)粒子從N點進入、N點離開半圓形勻強磁場區(qū)域粒子在磁場中做勻速圓周運動半徑為r，圓心為O1，如圖所示

由

解得：

由幾何關(guān)系知，粒子能從坐標(biāo)原點O沿x軸負(fù)向再進入電場，粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角為2400，所以粒子在磁場中的運動時間為：

（3）若半圓形磁場區(qū)域的面積最小，則半圓形磁場區(qū)域的圓心為O2，

可得半徑:

半圓形磁場區(qū)域的最小面積：