综合题19.0分
物理

25、如图所示,直径分别为D和2D的同心圆处于同一竖直面内,O为圆心,GH为大圆的水平直径。两圆之间的环形区域(Ⅰ区)和小圆内部(Ⅱ区)均存在垂直圆面向里的匀强磁场。间距为d的两平行金属极板间有一匀强电场,上极板开有一小孔。一质量为m,电量为+q的粒子由小孔下方d/2处静止释放,加速后粒子以竖直向上的速度v射出电场,由点紧靠大圆内侧射入磁场。不计粒子的重力。(1)求极板间电场强度的大小;(2)若粒子运动轨迹与小圆相切,求区磁感应强度的大小;(3)若Ⅰ区,Ⅱ区磁感应强度的大小分别为2mv/qD,4mv/qD,粒子运动一段时间后再次经过H点,求这段时间粒子运动的路程。

正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

  (3)Ⅰ区域的磁感应强度为则粒子运动的半径为 

Ⅱ区域的磁感应强度为,则粒子运动的半径为

设粒子在Ⅰ区和Ⅱ区做圆周运动的周期分别为T1、T2,由运动公式可得:     

  据题意分析,粒子两次与大圆相切的时间间隔内,运动轨迹如图所示,

根据对称性可知,Ⅰ区两段圆弧所对的圆心角相同,设为,Ⅱ区内圆弧所对圆心角为,圆弧和大圆的两个切点与圆心O连线间的夹角设为

由几何关系可得:

考查方向

带电粒子在电磁和磁场中的运动

解题思路

根据离子进入磁场的速度大小,准确分析离子的运动轨迹,以及对应的轨道半径是解决本题的关键

易错点

带电粒子在磁场中的运动的轨迹分析

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动 带电粒子在匀强磁场中的运动