Question

【題目】如圖所示，以兩虛線為邊界，中間存在平行紙面且與邊界垂直的水平電場，寬度為，兩側(cè)為相同的勻強磁場，方向垂直紙面向里。一質(zhì)量為、帶電量、重力不計的帶電粒子，以初速度垂直邊界射入磁場做勻速圓周運動，后進入電場做勻加速運動，然后第二次進入磁場中運動，此后粒子在電場和磁場中交替運動。已知粒子第二次在磁場中運動的半徑是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此類推。求

（1）粒子第一次經(jīng)過電場的過程中電場力所做的功。

（2）粒子第次經(jīng)過電場時電場強度的大小。

（3）粒子第次經(jīng)過電場所用的時間。

（4）假設(shè)粒子在磁場中運動時，電場區(qū)域場強為零。請畫出從粒子第一次射入磁場至第三次離開電場的過程中，電場強度隨時間變化的關(guān)系圖線（不要求寫出推導(dǎo)過程，不要求標(biāo)明坐標(biāo)刻度值）。

Answer 1

【答案】（1）；（2）；（3）。

【解析】

試題分析：（1）（3分）設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，粒子第n次進入磁場時的半徑為Rn，速度為vn，

由牛頓第二定律得qvnB=m ①

由①得vn=②

因為R2=2R1，所以v2=2v1 ③

對于粒子第一次在電場中的運動，由動能定理得W1=mv22－mv12 ④

聯(lián)立③④得W1=⑤

（2）（3分）粒子第n次進入電場時速度為vn，出電場時速度為vn+1，

有vn=nv1，vn+1=（n+1）v1 ⑥

由動能定理得qEnd=mvn+12－mvn2 ⑦

故En=

（3）設(shè)粒子第n次在電場中運動的加速度為an，由牛頓第二定律得qEn=man ⑨

由運動學(xué)公式得vn+1-vn= antn⑩解之得tn=。

（4）

或