如图所示,在直角坐标系0 ≤ x ≤ L区域内有沿y轴正方向的匀强电场

如图所示,在直角坐标系0 x L区域内有沿y轴正方向的匀强电场,右侧有一个以点(3L0)为圆心、半径为L的圆形区域,圆形区域与x轴的交点分别为MN。现有一质量为m,带电量为e的电子,从y轴上的A点以速度v0沿x轴正方向射入电场,飞出电场后从M点进入圆形区域,速度方向与x轴夹角为30°。此时在圆形区域加如图(乙)所示周期性变化的磁场,以垂直于纸面向外为磁场正方向),最后电子运动一段时间后从N飞出,速度方向与进入磁场时的速度方向相同(与x轴夹角也为30°)。求:

1)电子进入圆形磁场区域时的速度大小;

20≤xL区域内匀强电场场强E的大小;

3)写出圆形磁场区域磁感应强度B0的大小、磁场变化周期T各应满足的表达式。

 

答案

由速度关系得        2分)

在竖直方向        2分)   

解得                    2分)

在磁场变化的半个周期内粒子的偏转角为60°(如图2),所以,在磁场变化的半个周期内,粒子在x轴方向上的位移恰好等于R。粒子到达N点而且速度符合要求的空间条件是: 2nR=2L  2分)

电子在磁场作圆周运动的轨道半径         1分)

解得 (n=123……)          2分)

若粒子在磁场变化的半个周期恰好转过圆周,同时MN间运动时间是磁场变化周期的整数倍时,可使粒子到达N点并且速度满足题设要求。应满足的时间条件:

    1分)

    1分)    代入T的表达式得:(n=123……)    2分)

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