试题分析:(1)微粒沿x轴正方向运动,即:带电微粒所受重力与电场力平衡。设电场强度大小为E,由平衡条件得:
(2分)
解得:
(1分)
由于粒子带正电故电场方向沿
轴正方向 (1分)
带电微粒进入磁场后,做匀速圆周运动,且圆运动半径r=R。
设匀强磁场的磁感应强度大小为B。由牛顿第二定律得:
(2分)
解得:
(1分)
磁场方向垂直于纸面向外 (1分)
解法一:(2)带电微粒在磁场内做半径为
匀速圆周运动。
带电微粒射入方向不同时的轨迹,如图所示 (2分)
带电微粒经磁场偏转后沿x轴正方向运动,射出时的半径沿竖直方向
即:磁场边界上P点的坐标P(x,y)应满足方程:
(1分)
(1分)
即:磁场边界的方程为:
(1分)
沿y轴正方向射入的微粒的运动轨迹为磁场的另一边界,方程为
(2分)
符合题目要求的最小磁场的范围应是圆
与圆
的交集部分(图中阴影部分)。 (1分)
由几何关系,可以求得符合条件的磁场的最小面积为:
(2分)
解得:
(1分)
解法二:(2)沿y轴正方向射入的微粒,运动轨迹如图所示:以半径R沿x轴正方向运动恰好运动四分之一圆弧,该圆弧也恰为微粒运动的上边界。 (2分)
以O点为圆心,R半径做的四分之一圆狐BC为微粒做圆周运动的圆心轨迹(3分)
微粒经磁场偏转后沿x轴正方向运动,即半径沿竖直方向。并且射出点距圆心轨迹上各点的距离为
R,射出点的边界与圆弧BC平行如图中的圆弧ODA(3分)
圆弧OA与圆弧ODA之间的区域即为磁场区域的最小面积。
(2分)
解得:
(1分)
其它解法只要正确也给分