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如图甲所示,水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷的正电荷置于电场中的O点由静止释放,经过×10—5s时间以后电荷以v0=1.5×l04m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场,磁场方向与纸面垂直,磁感应强度B按图乙所示规律周期性变化(图乙中磁场以垂直纸面向外为正.以电荷第一次通过MN时为t=0时刻).不考虑磁场变化产生的电场.求:

    1)匀强电场的电场强度E

    2×10-5s时刻电荷与O点的水平距离;

    3)如果在O点正右方d= 32cm处有一垂直于MN的足够大的挡板,求电荷从O点出发运动到挡板的时间.

答案

解:1电荷在电场中做匀加速运动,1分)

1分)

解得1分)

2)粒子进入磁场后做匀速圆周运动,     1分)

由题知,在的时间内,粒子正好从图中的A点进入磁场,并在磁场中转半周从B点回到电场,

根据,可得1分)

粒子再次进电场后先向下减速至0,在向上加速至v0回磁场,其中在电场中来回的时间为即粒子在时再次进入磁场1分)

粒子进磁场后做匀速圆周运动,1分)

由题知,在的时间内,粒子正好从图中的B点进入磁场,并在磁场中转半周从C点回到电场,,可得1分)

此后粒子再次进入电场减速重复以上运动,至时,粒子回到C点,

故粒子与O点间的水平距离为1分)

     解得1分)

3)从粒子第一次进磁场开始计时,设粒子在复合场中运动的周期为T0,则

2分)

由题可知,粒子运动6T0后进入磁场偏转打在挡板上,第7次在B1中偏转时的轨迹如图,

6T0时到D点,D点距A点为6x0=24cm1分)

MN与板交与G点,轨迹圆与板交与F点,所以

OG=3cmOF=5cm

所以cosFOG=0.6,所以∠FOG=5301分)

所以,1分)

解得1分)

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