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如图所示,虚线MO与水平线PQ相交于O,二者夹角θ=30°,在MO左侧存在电场强度为E、方向竖直向下的匀强电场,MO右侧某个区域存在磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场,O点处在磁场的边界上.现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸面内以速度v(6ec8aac122bd4f6e)垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左.不计粒子的重力和粒子间的相互作用力,求:

说明: 6ec8aac122bd4f6e

1.速度最大的粒子自O点射入磁场至返回水平线POQ所用的时间.

2.磁场区域的最小面积.

 

答案:
1. 2.或 【解析】(1)粒子的运动轨迹如图所示,设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R,周期为T,粒子在匀强磁场中运动时间为t1则 即   ①(1分)  ②(1分)    ③(1分) 设粒子自N点水平飞出磁场,出磁场后应做匀速运动至OM,设匀速运动的距离为s,匀速运动的时间为t2, 由几何关系知: S=Rcotθ  ④(1分)    ⑤(1分) 过MO后粒子做类平抛运动,设运动的时间为,则:  ⑥(2分) 又由题知:   ⑦(1分) 则速度最大的粒子自O进入磁场至重回水平线POQ所用的时间⑧(1分) 解①②③④⑤⑥⑦⑧得: (1分) (2)由题知速度大小不同的粒子均要水平通过OM,则其飞出磁场的位置均应在ON的连线上,故磁场范围的最小面积是速度最大的粒子在磁场中的轨迹与ON所围成的面积。 扇形的面积 ⑨(3分) 的面积为:  ⑩(2分) 又  11 (1分) 联立①⑦⑨⑩11得:或 (2分)
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