Question

【題目】（18分）在豎直平面內(nèi)建立一平面直角坐標(biāo)系xoy，x軸沿水平方向，如圖甲所示。第一象限內(nèi)有豎直向上的勻強電場，第二象限內(nèi)有一水平向右的勻強電場。某種發(fā)射裝置（未畫出）豎直向上發(fā)射出一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子（可視為質(zhì)點），該粒子以v0的初速度從x軸上的A點進(jìn)入第二象限，并從y軸上的C點沿水平方向進(jìn)入第一象限后能夠沿水平方向運動到D點。已知OA、OC距離相等，CD的距離為OC，E點在D點正下方，位于x軸上，重力加速度為g。則：

（1）求粒子在C點的速度大小以及OC之間的距離；

（2）若第一象限同時存在按如圖乙所示規(guī)律變化的磁場，磁場方向垂直紙面，（以垂直紙面向外的磁場方向為正方向，圖中B0，T0均為未知量），并且在時刻粒子由C點進(jìn)入第一象限，且恰好也能通過同一水平線上的D點，速度方向仍然水平。若粒子在第一象限中運動的周期與磁場變化周期相同，求交變磁場變化的周期；

（3）若第一象限仍同時存在按如圖乙所示規(guī)律變化的磁場（以垂直紙面向外的磁場方向為正方向，圖中B0，T0均為未知量），調(diào)整圖乙中磁場變化的周期，讓粒子在t=0時刻由C點進(jìn)入第一象限，且恰能通過E點，求交變磁場的磁感應(yīng)強度B0應(yīng)滿足的條件。

Answer 1

【答案】（1） （2）（3）

【解析】

試題分析：（1）粒子拋出后，豎直方向受重力作用，勻減速直線運動，加速度，到達(dá)C點時只有水平速度，豎直速度等于0，因此有

,水平方向受到電場力作用為初速度0的勻加速直線運動，

整理得 即粒子在C點的速度大小為

對豎直方向的勻減速直線運動有

解得

（2）在第一象限沒有磁場存在時，粒子能沿水平線運動，說明

加上磁場后粒子將在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，

由于磁場周期性變化，所以粒子運動軌跡也是周期性變化，時刻進(jìn)入磁場開始圓周運動，要回到同一水平線上的D點，運動軌跡如下圖所示

洛倫茲力提供向心力，CD的長度

根據(jù)幾何關(guān)系

即得磁感應(yīng)強度

粒子做圓周運動的周期

有運動軌跡判斷磁場變化的周期

（3）粒子在t=0時刻由C點進(jìn)入第一象限，且恰能通過E點，運動軌跡如下圖所示。有幾何關(guān)系得

則每經(jīng)過磁場的半個周期，粒子轉(zhuǎn)過的圓心角，對應(yīng)的弦長剛好等于圓周運動的半徑R。

洛倫茲力提供向心力

整理得