Question

如图所示为某一仪器的部分原理示意图，虚线OA、OB关于y轴对称，， OA、OB将xOy平面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，区域Ⅰ、Ⅲ内存在水平方向的匀强电场，电场强度大小相等、方向相反。带电粒子自x轴上的粒子源P处以速度v₀沿y轴正方向射出，经时间t到达OA上的M点，且此时速度与OA垂直。已知M到原点Ｏ的距离OM = a，不计粒子的重力。求：

（1）匀强电场的电场强度E的大小；

（2）为使粒子能从M点经Ⅱ区域通过OB上的N点，M、N点关于y轴对称，可在区域Ⅱ内加一垂直xOy平面的匀强磁场，求该磁场的磁感应强度的最小值和粒子经过区域Ⅲ到达x轴上Q点的横坐标；

（3）当匀强磁场的磁感应强度取（2）问中的最小值时，且该磁场仅分布在一个圆形区域内。由于某种原因的影响，粒子经过M点时的速度并不严格与OA垂直，成散射状，散射角为，但速度大小均相同，如图所示，求所有粒子经过OB时的区域长度。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）所以Q点的坐标为（，0）速度方向沿负y方向

（3）GH＝２r sinθ=2v₀tsinθ

【解析】

（1）粒子在Ⅰ区域内做类平抛运动，

       （1分）

        v_x= v₀                （1分）

解得   （1分）

(2) 粒子在Ⅰ区域内在y方向上的位移y₁= v₀t   （1分）

OM=y₁=v₀t       （1分）

粒子在Ⅱ区域内做匀速圆周运动，其轨道半径R≤OM₁=v₀t   （1分）

又因为        （1分）

≥=，即B_min=   （1分）

粒子进入Ⅲ区域后，其运动轨迹NQ与PQ对称，则OQ=OP==

所以Q点的坐标为（，0）   （1分）

速度方向沿负y方向             （1分）

（3）该圆形磁场区域的半径r等于其轨迹圆半径R，即r＝R＝v₀t   （2分）

所有粒子出磁场时速度方向平行，其落点在直线OB上的GH两点之间，如图（2分）

GH＝２rsinθ=2v₀tsinθ  （2分）