Question

【題目】如圖甲所示,間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強磁場。取垂直于紙面向里為磁場的正方向,磁感應強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。時刻，一質量為m、帶電荷量為的粒子(不計重力)以初速度v0由板Q左端靠近板面的位置,沿垂直于磁場且平行于板面的方向射入磁場區(qū)。當和取某些特定值時,可使時刻入射的粒子經(jīng)時間恰能垂直打在板P上(不考慮粒子反彈)。上述m、q、d、為已知量。

(1)若,求B0；

(2)為使時刻入射的粒子垂直打在P板上,求粒子在時間內(nèi)速度的偏轉角應滿足的條件；

(3)若，為使粒子仍能垂直打在P板上,求。

Answer 1

【答案】(1) （2） （3）

【解析】（1）設粒子做勻速圓周運動的半徑為，由牛頓第二定律得到：

根據(jù)題意由幾何關系得到：

聯(lián)立可以得到：

（2）由題意可知，粒子若垂直打到P板上，速度偏轉角必須滿足

若速度偏轉角過大，就會從左邊界出去，速度偏轉角最大如圖所示：

此時， ，

綜上可得：

（3）設粒子做圓周運動的半徑為R，周期為T，根據(jù)圓周運動公式得到：

由牛頓第二定律得到：

將代入上式可得：

粒子運動軌跡如圖所示：

、為圓心， 、連線與水平方向夾角為，在每個內(nèi)，只有A、B兩個位置才有可能垂直擊中P板，由題意可知：

若在A點擊中P板，根據(jù)題意由幾何關系得到： ，且要求：

當、時，無解。

當時， ，此時，當時無解

若在B點擊中P板，根據(jù)題意由幾何關系得到：

且要求：

當時無解

當時，

此時

當時，無解