Question

如图所示，空间某平面内有一条折线是磁场的分界线，在折线的两侧分布着方向相反、与平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小都为B．折线的顶角∠A＝90°，P、Q是折线上的两点，AP=AQ=L．现有一质量为m、电荷量为q的带负电微粒从P点沿PQ方向射出，不计微粒的重力．
（1）若P、Q间外加一与磁场方向垂直的匀强电场，能使速度为v₀射出的微粒沿PQ直线运动到Q点，则场强为多大？方向如何？
（2）撤去电场，为使微粒从P点射出后，途经折线的顶点A而到达Q点，求初速度v应满足什么条件？
（3）求第（2）中微粒从P点到达Q点所用时间的最小值．

Answer 1

（1）电场力与洛伦兹力平衡得：qE=qv₀B得：E=v₀B  （2分）
场强方向在纸平面内垂直PQ向上。                 （1分）
（2）根据运动的对称性，微粒能从P点到达Q点，应满足  （2分）
其中x为每次偏转圆弧对应的弦长，偏转圆弧对应的圆心角为或．（2分）
设圆弧的半径为R，则有2R²=x²，可得：       （2分）
又 由①②③式得：，n=1、2、3、……    （2分）
（3）当n取奇数时，微粒从P到Q过程中圆心角的总和为
，（2分）
，其中n=1、3、5、……（2分）
当n取偶数时，微粒从P到Q过程中圆心角的总和为：
，（2分）
，其中n=2、4、6、……（2分）
欲使时间最小，取n=1或者2，此时 （2分）
如图所示

略