如图所示,左侧为两间距d=10cm的平行金属板,加上电压;中间用虚线框表示的正三角形内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1,三角形底点A与下金属板平齐,AB边的中点P恰好在上金属板

◎ 题目

如图所示,左侧为两间距d=10cm的平行金属板,加上电压;中间用虚线框表示的正三角形内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1,三角形底点A与下金属板平齐,AB边的中点P恰好在上金属板的右端点;三角形区域AC右侧也存在垂直纸面向里,范围足够大的匀强磁场B2.现从左端沿中心轴线方向以v0射入一个重力不计的带电微粒,微粒质量m=1.0×10-10kg,带电荷量q=-1.0×10-4C;带电粒子恰好从P点垂直AB边以速度v=2×105m/s进入磁场,则
(1)求带电微粒的初速度v0
(2)若带电微粒第一次垂直穿过AC,则求磁感应强度B1及第一次在B1中飞行时间;
(3)带电微粒再次经AC边回到磁场B1后,求
B2
B1
的取值在什么范围可以使带电微粒只能从BC边穿出?

◎ 答案

(1)微粒在电场中做类平抛运动,根据运动的分解知:
v0=vcos30°=

3
×105
m/s
(2)设带电微粒由P点垂直AB射入磁场,又垂直AC穿出,所以作以A点为圆心的圆弧,设匀速圆周运动半径为R1,根据几何关系有:
R1=
d
cos30°
=
20

3
3
cm
由qvB1=m
v2
R1

得:B1=
mv
qR1
=

3
T.
在磁场中飞行时间:t=
T
6
=
1
6
×
2πm
qB1
=

3
π
9
×10-6
s
(3)再次经AC边回到磁场B1后不从AB边穿出就一定从BC边出磁场,所以当轨迹刚好与AB边相切时,设在B2中的半径为R2.如图所示,由几何关系:
2R2=2R1-
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