Question

如圖所示，邊長為a的正三角形ABC將平面分為兩個區域，在三角形內區域存在垂直于紙面的勻強磁場，在三角形外區域存在三個寬度都為a、場強大小都為E、方向分別垂直于邊AB、BC和AC且指向三邊的勻強電場．一個質量為m、帶電量為q（q＞0）的粒子從AB邊的垂直平分線上的P點靜止釋放，粒子將以一定的速度從D點射入磁場，經過磁場偏轉后又從BC邊的中點F射出磁場，已知P、D兩點的距離為l．不計粒子重力影響．
（1）求粒子射入磁場的速度的大小；
（2）求磁場的磁感應強度的大小和方向；
（3）粒子的運動是否是周期性運動？如果你認為粒子做的是周期性運動，請求出運動周期；如果你認為粒子做的不是周期性運動，請說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）粒子在電場力作用下從P點到D點做勻加速直線運動，由動能定理可以求得粒子的速度的大小；
（2）粒子從D點垂直進入磁場，從F點垂直離開磁場，由幾何關系可以得知磁場的磁感應強度的大小；
（3）由于三角形是正三角形，粒子從中點D進入磁場，從中點F離開磁場，根據粒子的運動情況可知，粒子還可以沿原來的軌跡返回，最終粒子還可以到達D點，所以粒子的運動時周期性的．
解答：解：（1）粒子在電場力作用下從P點到D點做勻加速直線運動，設加速度為a，進入磁場的速度為υ，
由牛頓第二定律和運動學公式，有
Eq=ma
υ²-0=2al
解得
（2）粒子從D點沿圓弧運動到F點，圓弧的圓心為B點，所以圓弧半徑R為：
由洛侖茲力公式和牛頓第二定律，有
解得       
磁感應強度的方向垂直于紙面向外．
（3）粒子的運動是周期性運動．
設粒子從P點到D點的時間為t₁，從D點到F點的時間為t₂，則


t=3（2t₁+t₂）
解得      ．
點評：本題考查帶電粒子在勻強磁場中的運動，要掌握住半徑公式、周期公式，畫出粒子的運動軌跡后，幾何關系就比較明顯了．