如图所示,水平线QC下方是水平向q的匀强电场;区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;区域Ⅱ(三角形APD)内也有垂直纸面向里的匀强磁场,但是磁感应强度

◎ 题目

如图所示,水平线QC下方是水平向q的匀强电场;区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;区域Ⅱ(三角形APD)内也有垂直纸面向里的匀强磁场,但是磁感应强度大小可以与区域Ⅰ不同;区域Ⅲ(虚线PD之上、三角形APD以外)有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度与区域Ⅱ内磁感应大小相等.三角形AQC是边长为2L的等边三角形,P、D分别为AQ、AC的中点.带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为L的O点以某一速度射出,在电场力作用下从QC边中点N以速度00垂直QC射入区域Ⅰ,接着从P点垂直AQ射入区域Ⅲ.若区域Ⅱ、Ⅲ的磁感应强度大小与区域Ⅰ的磁感应强度满足一定的关系,此后带电粒子又经历一系列运动后又会以原速率返回O点.(粒子重力忽略不计)求:
(1)该粒子的比荷;
(2)粒子从O点出发再回到O点的整个运动过程所有可能经历的时间.

◎ 答案

(g)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,
由牛顿第二定律得:qv0下=m
v40
R

由题意可知:R=L,解得:
q
m
=
v0
下L

(4)粒子在电磁场中运动的总时间包括三段:电场中往返的时间t0、区域Ⅰ中的时间tg、区域Ⅱ和Ⅲ中的时间t4+t3
粒子在电场中做类平抛运动,则:4L=v0t0
设在区域Ⅰ中的时间为tg,则tg=4
4πL
6v0
=
4πL
3v0

若粒子在区域Ⅱ和Ⅲ内的运动如图甲所示,则总路程为(4n+
6
)个圆周,根据几何关系有:
AP=(4nr+r)=L,解得:r=
L
4n+g
,其中n=0,g,4…,
区域Ⅱ和Ⅲ内总路程为&n下sp;&n下sp;s=(4n+
6
)×4πr&n下sp;&n下sp;&n下sp;(&n下sp;n=0,g,4…)
t4+t3=
s
v0
=
(4n+
6
)×4πL
(4n+g)v0
&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;(&n下sp;n=0,g,4…)
总时间:t=t0+tg+t4+t3=
4L
v0
+
40n+g
3(4n+g)
πL
v0
&n下sp;&n下sp;&n下sp;(&n下sp;n=0,g,4…)&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;&n下sp;

若粒子在区域Ⅱ和Ⅲ内运动如图乙所示,则总路程为(4n+g+
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g
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