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如图所示为某一仪器的部分原理示意图,虚线OAOB关于y轴对称, OAOBxOy平面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,区域内存在水平方向的匀强电场,电场强度大小相等、方向相反。带电粒子自x轴上的粒子源P处以速度v0沿y轴正方向射出,经时间t到达OA上的M点,且此时速度与OA垂直。已知M到原点的距离OM = a,不计粒子的重力。求:

1)匀强电场的电场强度E的大小;

2)为使粒子能从M点经区域通过OB上的N 点,MN点关于y轴对称,可在区域内加一垂直xOy平面的匀强磁场,求该磁场的磁感应强度的最小值和粒子经过区域到达x轴上Q点的横坐标;

(3)当匀强磁场的磁感应强度取(2)问中的最小值时,且该磁场仅分布在一个圆形区域内。由于某种原因的影响,粒子经过M点时的速度并不严格与OA垂直,成散射状,散射角为,但速度大小均相同,如图所示,求所有粒子经过OB时的区域长度。

答案

答案:1)粒子在Ⅰ区域内做类平抛运动,

       1分)

        vx= v0                1分)

解得   1分)

(2) 粒子在Ⅰ区域内在y方向上的位移y1= v0t   1分)

  OM=y1=v0t       1分)

   粒子在Ⅱ区域内做匀速圆周运动,其轨道半径ROM1=v0t   1分)

又因为        1分)

=,即Bmin=   1分)

粒子进入Ⅲ区域后,其运动轨迹NQPQ对称,则OQ=OP==

所以Q点的坐标为(0   1分)

速度方向沿负y方向             1分)

3)该圆形磁场区域的半径r等于其轨迹圆半径R,即rRv0t   2分)

所有粒子出磁场时速度方向平行,其落点在直线OB上的GH两点之间,如图(2分)

GH=2rsinθ=2v0tsinθ  2分)

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