如图所示,在直角坐标系xoy中,坐标原点为O处存在一粒子源,现沿与y轴左右均成30°的范围内不断发射出质量为m,电荷量为q,速率为v的负离子.理想直线边界MN通过O点,且与x轴成

◎ 题目

如图所示,在直角坐标系xoy中,坐标原点为O处存在一粒子源,现沿与y 轴左右均成30°的范围内不断发射出质量为 m,电荷量为 q,速率为 v 的负离子.理想直线边界 MN 通过 O 点,且与x轴成θ=30°,在MN上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,在MN下方存在与x轴成30°的匀强电场,场强大小为E,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力.
(1)求离子打到OM上的最大距离;
(2)求沿+y方向射出的离子从射出到第二次经过MN边界所需要的时间;
(3)若匀强磁场仅在MN上方某个区域内存在,要使得这些离子均以平等于+x方向的速度通过OM,求该磁场的最小面积.
魔方格

◎ 答案

如图1,垂直于MN方向的粒子打到OM最远;

魔方格

由牛顿第二定律:Bqv=
mv2
R
,解得:R=
mv
Bq

粒子达到OM上的最大距离:2R=
2mv
Bq

(2)作出沿+y方向射出的离子从射出到第二次经过MN边界的轨迹图如图2,在磁场中运动的时间:t1=T=
2πm
Eq

在电场中运动的时间:t2=
2v
a
=
2mv
qE
m
=
2mv
qE

t=t1+t2=
2πm
qB
+
2mv
qE

(3)粒子在磁场中做圆周运动的半径:R=
mv
qB
要使得这些离子均以平等于+x方向的速度通过OM,磁场的形状如图3实线所示
由几何关系得:S=S-S
S大 =2(
1
3
πR2-
1
2
R2sin120°)

S=2(
1
6
πR2-
1
2
R2sin60°)

S=2(
1
3
πR2-
1
2
R2sin120°)-2(
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