图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B=2.0×10-3T,在x轴上距坐标原点L=0.50m的P处为粒子的入射口,在y轴

◎ 题目

图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B=2.0×10-3T,在x轴上距坐标原点L=0.50m的P处为粒子的入射口,在y轴上安放接收器。现将一带正电的粒子以v=3.5×104m/s的速率从P处射入磁场。若粒子在y轴上距坐标原点L=0.50m的M处被观测到,且运动轨迹半径恰好最小,设带电粒子的质量为m,电量为q,不计其重力。
(1)求上述粒子的比荷;
(2)如果在上述粒子运动过程中的某个时刻,在第一象限内再加一个匀强电场就可使其沿y轴正方向做匀速直线运动,求该匀强电场的场强大小和方向,并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场;
(3)为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子,在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内,求此矩形区域的最小面积,并在图中画出该矩形。

◎ 答案

解:(1)设粒子在磁场中的运动半径为r。如图甲,依题意M、P连线即为该粒子在磁场中作匀速圆周运动的直径,由几何关系得

由洛伦兹力提供粒子在磁场中作匀速圆周运动的向心力,可得
联立①②并代入数据得=4.9×C/kg(或5.0×C/kg) ③
(2)设所加电场的场强大小为E。如图乙,当例子经过Q点时,速度沿y轴正方向,依题意,在此时加入沿x轴正方向的匀强电场,电场力与此时洛伦兹力平衡,则有
代入数据得

所加电场的长枪方向沿x轴正方向。由几何关系可知,圆弧PQ所对应的圆心角为45°,设带点粒子做匀速圆周运动的周期为T,所求时间为t,则有
 ⑥
 ⑦
联立①⑥⑦并代入数据得
(3)如图丙,所求的最小矩形是,该区域面积
联立①⑨并代入数据得
矩形如图丙中(虚线)
 

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“图为可测定比荷的某装置的简化示意图,在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B=2.0×10-3T,在x轴上距坐标原点L=0.50m的P处为粒子的入射口,在y轴…”主要考查了你对  【带电粒子在复合场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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