分析 (1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛侖茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律列式分析軌道半徑和周期;
(2)由題意可知,粒子在垂直于電場(chǎng)的方向上進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),在電場(chǎng)的方向上運(yùn)動(dòng)的距離最大,然后結(jié)合動(dòng)能定理即可求出;
(3)Z粒子第一次剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),由洛倫茲力提供向心力得出半徑,然后畫出運(yùn)動(dòng)的軌跡,結(jié)合運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度的關(guān)系,即可得出與Z粒子同時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)的另一處位置,然后區(qū)分電場(chǎng)內(nèi)的粒子的范圍與磁場(chǎng)內(nèi)的粒子的范圍,即可得出結(jié)論.
解答 解:(1)由洛侖磁力提供向心力得:
qvB=$m\frac{{v}^{2}}{r}$,解得 r=$\frac{mv}{qB}$=$\frac{{1.6×1{0^6}}}{{5.0×1{0^7}×0.32}}$=0.1m;
T=$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{2π}{{5.0×1{0^7}×0.32}}$=1.25$\frac{2π}{×}$10-7π s;
(2)由題意可知Z粒子是垂直電場(chǎng)左邊界進(jìn)入電場(chǎng)的,作出Z粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖(a)所示,O1為軌跡圓圓心.分別用dB和dE表示電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域的寬度.
對(duì)Z粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),由動(dòng)能定理有:qEdE=$\frac{1}{2}$mv2①
代入數(shù)據(jù)解得:E=1.0×104N/C;
Z粒子在磁場(chǎng)中作圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)軌跡圓半徑為r,
由圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有:qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$ ②
由幾何知識(shí)可知:在△SOO1中滿足:cosθ=$\frac{OS}{{{O_1}S}}=\frac{dB}{r}$,
由②③并代入數(shù)據(jù)可得:θ=$\frac{π}{6}$;
(3)作Z粒子在磁場(chǎng)中圓弧軌跡對(duì)應(yīng)的弦SN如圖(b)所示,由幾何知識(shí)得:△SNO1為等邊三角形,SN=r,弦切角θ0=θ ④
由題意可知:在磁場(chǎng)中圓弧軌跡對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)大于r的粒子,滿足Z粒子第一次剛要進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)未離開(kāi)過(guò)磁場(chǎng).
作出另兩個(gè)圓弧軌跡對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)等于SN的粒子軌跡,交磁場(chǎng)左右邊界分別為M、O1,粒子在S點(diǎn)的速度分別為v1和v2.
由圖可知發(fā)射方向在v1和v2之間的粒子軌跡弦長(zhǎng)大于r,
對(duì)應(yīng)的發(fā)射方向分布的角度范圍為:θ1=2π-θ0⑤
由圖可知Z粒子的發(fā)射速度與磁場(chǎng)左邊界所夾角度范圍內(nèi)發(fā)射的粒子軌跡弦長(zhǎng)也大于r;
所以有:η=$\frac{π}{{{θ_1}+θ}}$⑥;
整理得:η=$\frac{1}{2}$;
答:(1)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r為,周期T為;
(2)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E為,Z粒子從S點(diǎn)發(fā)射時(shí)的速度方向與磁場(chǎng)左邊界的夾角θ為$\frac{π}{6}$;
(3)Z粒子第一次剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí),還未離開(kāi)過(guò)磁場(chǎng)的粒子占粒子總數(shù)的比例η為$\frac{1}{2}$.
點(diǎn)評(píng) 電荷在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵是畫出軌跡,由幾何知識(shí)求出半徑.定圓心角,求時(shí)間,類平拋運(yùn)動(dòng)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)分解法求解.
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題
A. | 細(xì)繩的自然長(zhǎng)度為$\frac{1}{2}$gt12 | |
B. | t2時(shí)刻小球的速率最大 | |
C. | t1時(shí)刻小球處于最低點(diǎn) | |
D. | t1時(shí)刻到t2時(shí)刻小球的速率先增大后減小 |
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題
A. | θ=$\frac{π}{3}$ | B. | θ=$\frac{π}{6}$ | C. | θ=$\frac{π}{4}$ | D. | θ=0 |
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題
A. | 立即停止運(yùn)動(dòng) | B. | 向上做加速運(yùn)動(dòng) | ||
C. | 向上做勻速運(yùn)動(dòng) | D. | 向上做勻減速運(yùn)動(dòng) |
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:填空題
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題
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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題
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