如图所示,质量为m,带电量为q(q>0)的粒子(重力不计),从离坐标原点为1.5a的y轴上的P点,以速度大小为v0,方向与y轴正方向成θ=30°射入xoy坐标的第一象限,经过一个在第

◎ 题目

如图所示,质量为m,带电量为q(q>0)的粒子(重力不计),从离坐标原点为1.5a的 y轴上的P点,以速度大小为v0,方向与y轴正方向成θ=30°射入xoy坐标的第一象限,经过一个在第一象限内,边界形状为等腰梯形方向与xoy坐标面垂直匀强磁场区域,然后沿-x方向经过坐标原点0,进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,其运动轨迹为虚线所示,该电场强度为E,方向沿-y轴方向,磁感应强度为B,方向垂直坐标面向外。

(1)画出最小的等腰梯形所处的位置和粒子运动轨迹,并求出此时的磁感应强度;
(2)粒子过坐标原点0后的运动可分解为x方向和y方向两分运动组成,已知y方向分运动为简谐运动;求粒子离x轴最远距离。

◎ 答案

(1)见解析 (2)

◎ 解析

(1)设带电粒子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,轨迹半径为r,则有

 ① (2分)
  ②  (1分)
最小的当等腰梯形边界如图PMNQ所示, ③(2分)
设:此时半径为r0 ,最大磁感应强度为B0
从图中可得 r0+r0sinθ=1.5a   ④ (2分)
∴  r0=a    ⑤(1分)
  ⑥ (2分)
(2)设粒子运动到最高点速度为v,离x轴的距离为y0
根据动能定理    ⑦ (2分)
根据简谐运动的对称性,粒子在最低点和最高点加速度大小相同,方向相反,设最大加速度为a0,
根据牛顿第二定律: 在0点:qv0B-qE = ma   ⑧(2分)
在最高点:qvB+qE=ma  ⑨(2分)
由⑧⑨式解得:  ⑩(2分)
由⑦⑩解得   (2分)

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示,质量为m,带电量为q(q>0)的粒子(重力不计),从离坐标原点为1.5a的y轴上的P点,以速度大小为v0,方向与y轴正方向成θ=30°射入xoy坐标的第一象限,经过一个在第…”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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