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高中 | 带电粒子在组合场中的运动问题题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在组合场中的运动问题
如图甲所示的$Oxy$平面内,$y$轴右侧被直线$x=3L$分为两个相邻的区域$I$、$Ⅱ$。区域$I$内充满匀强电场,区域Ⅱ内充满垂直$Oxy$平面的匀强磁场,电场和磁场的大小、方向均未知。$t=0$时刻,质量为$m$、电荷量为$+q$的粒子从$O$点沿$x$轴正向出发,在$Oxy$平面内运动,在区域$I$中的运动轨迹是以$y$轴为对称轴的抛物线的一部分,如图甲所示。$t_{0}$时刻粒子第一次到达两区域分界面,在区域Ⅱ中运动的$y − t$图像为正弦曲线的一部分,如图乙所示。不计粒子重力。下列说法正确的是$(\qquad)$
区域$I$内电场强度大小$E=\\dfrac{4mL}{q{t_{0}}^{2}}$,方向沿$y$轴正方向
","粒子在区域Ⅱ内圆周运动的半径$R=\\dfrac{20L}{3}$
","区域Ⅱ内磁感应强度大小$B=\\dfrac{3m}{5qt_{0}}$,方向垂直$Oxy$平面向外
","粒子在区域Ⅱ内圆周运动的圆心坐标$\\left( \\dfrac{17L}{3},0 \\right)$
"]$\rm A$.粒子在区域$I$中的运动轨迹是以$y$轴为对称轴的抛物线的一部分,可以判断出粒子做类平抛运动,根据曲线轨迹可知,可知正粒子受到的电场力方向竖直向上,电场方向沿$y$轴正方向,设粒子初速度为$v_{0}$
竖直方向有$y=\dfrac{1}{2}at^{2}$
水平方向有$x=v_{0}t$
由牛顿第二定律有$Eq=ma$
联立解得$E=\dfrac{4mL}{q{t_{0}}^{2}}$,$\rm A$正确;
$\rm B$.粒子在区域Ⅱ中运动的$y − t$图像为正弦曲线的一部分,可以判断粒子做匀速圆周运动,
运动轨迹如图所示,则粒子在区域Ⅱ内圆周运动的半径$R=\dfrac{10L}{3}$,$\rm B$错误;
$\rm C$.粒子做类平抛运动进入匀强磁场时的速度$v=\sqrt{v_{0}^{2}+{(at)}^{2}}$
联立解得$v=\dfrac{5L}{t_{0}}$
根据洛伦兹力提供向心力有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{R}$
解得$B=\dfrac{3m}{2qt_{0}}$,$\rm C$错误;
$\rm D$.如图所示,
设圆心为$O'$点,设粒子进入匀强磁场时的速度方向与竖直方向夹角为$\theta$
由速度关系有$\sin\theta=\dfrac{v_{0}}{v}=0.6$
可得$\theta=37^\circ $
由几何关系得$∠O'=37^\circ $
那么有$OO'=3L+R\cos 37{^\circ}=\dfrac{17L}{3}$
粒子在区域Ⅱ内圆周运动的圆心坐标$\left( \dfrac{17L}{3},0 \right)$,$\rm D$正确。
故选:$\rm AD$。
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