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(2014•烟台二模)在直角坐标系的第一象限内存在按如图所示规律变化的磁场,磁场的左边界与y轴重合,右边界与x轴成30°

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:综合作业 时间:2024/05/18 10:56:29
(2014•烟台二模)在直角坐标系的第一象限内存在按如图所示规律变化的磁场,磁场的左边界与y轴重合,右边界与x轴成30°角;第二象限内存在磁感应强度为B0=
mE
qa
(1)粒子在电场中运动时,根据动能定理得:
2qE•
2a=
1
2mv2,
根据匀变速直线运动的平均速度推论得:
2a=
v
2t,
解得:v=

4qEa
m,t=

2ma
qE.
(2)粒子在第二象限中受洛伦兹力作用,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:
2qvB0=m
v2
R0
解得:R0=
2a,
粒子离开第二象限时的y轴坐标为:
y=(1+sin45°)R0=(
2+1)a
粒子在第二象限内运动时,有:
T0=
2πR0
v
t0=
3
8T0=

8

2ma
qE.
(3)如图,相切时粒子刚好能离开第一象限内的磁场区域,
0~
π
8

2ma
qE内,由
2qvB1=m
v2
R1
得:R1=

2a
2.
T1=
2πR1
v=
π
2

2ma
qE,
磁场的变化时间正好等于
1
4周期,轨迹为
1
4圆周,磁化粒子经历4B0磁场,有:
T2=
2πR2
v=
π
4

2ma
qE,
由图象知,粒子运动一个周期,轨迹为一完整圆周.在磁场为B3中运动时,有:
R3=
mv

2qB3
y1=R1+R1tan30°
R3=(y-y1)tan30°=

6+2
3−
2
6a
B3=
6

6+
3−1

mE
qa.
答:(1)粒子进入第二象限时的速度大小v=

4qEa
m,在第三象限内运动的时间为t=

2ma
qE.
(2)粒子离开第二象限时的位置和在第二象限内运动的时间为

8

2ma
qE.
(3)B3=
6

6+
3−1

mE
qa时刚好能离开第一象限内的磁场区域.
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