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如图所示,K是粒子发生器,D1D2D3是三块挡板,通过自动控制装置可以控制它们定时开启和关闭,D1D2的间距为LD2D3的间距为L/2。在以O为原点的直角坐标系Oxy中有一磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场,y轴和直线MN是它的左、右边界,且MN平行于y轴。现开启挡板D1D3,粒子发生器仅在t=O时刻沿x轴正方向发射各种速率的粒子,D2仅在t=nT(n =012…T为一定值)时刻开启,在t =5T时刻,再关闭挡板D3,使粒子无法进入磁场区域。已知挡板的厚度不计,粒子质量为m、电荷量为+q(q大于0 ),不计粒子的重力,不计粒子间的相互作用,整个装置都放在真空中。

(1)求能够进入磁场区域的粒子速度大小

(2)已知从原点O进入磁场中速度最小的粒子经过坐标为(0cm2cm)P点,应将磁场的右边界MNOxy平面内如何平移,才能使从原点O进入磁场中速度最大的粒子经过坐标为(cm6cm)Q点?

答案

1)设能够进入磁场区域的粒子速度大小为vn,由题意,粒子由D1D2经历的

时间为t1=nT=(n=12……)                                                                         2

粒子由D2D3经历的时间为t2==                  2

t=5T时刻,挡板D3关闭,粒子无法进入磁场,故有t=t1 +t2≤5T       2

联立以上三式解得   n=123

所以,能够进入磁场区域的粒子的速度为vn=   ( n=123)         2

2)进入磁场中速度最小的粒子能经过P点,所以R=1cm

qvB=  所以,粒子做圆周运动的半径R=                   2

由前可知,进入磁场粒子的最大速度为最小速度的3倍,故R=3R3cm  1                                     

其圆心坐标E(03m),如图所示,粒子应从F点沿切线方向离开磁场到达Q

GQE=θ,则tanθ==θ=30o          2

由几何知识可知,HFE=θ=30o                  2

所以HF= Rcos30o =cm                    2

因此,只要将磁场边界的MN平移到F点,速度最大的粒子在F

穿出磁场,将沿圆轨迹的切线方向到达Q点。       1

说明:用其它方法解答酌情给分。

 


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