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(1)由动能定理得:qU=12mv2
得:U=mv22q=12×(11×104)×(1×103)2=500V
(2)粒子进入磁场后在磁场中作圆周运动,设半径为R,周期为T,由洛仑兹力提供向心力,有:
qvB=mv2r
解得:r=mvqB=1×1031×104×0.5=0.2m
又:T=2πrv=2π×0.21×103=4π×10?4s
在磁场变化的第一段时间内,粒子运动的周期数为:N1=4π3×10?44π×10?4T=13T
运动轨迹对应的圆心角为120°,作出粒子在磁场中运动的轨迹如图所示.第一段时间末,粒子的坐标为:
x=Rcos30°=0.13m,y=R+.O1Asin30°=0.3m
在第二个时间段内运动的周期数为N2=2π3×10?44π×10?4T=16T
所对应的运动轨迹圆心角为60°.运动轨迹如图所示.
第三个时间段内同样运动了:13T
对应的圆心角为120°.
粒子运动的轨迹如图所示,粒子恰好在第三段时间末通过y轴. 所以粒子向右运动的最大距离:x=r=0.2m
(3)粒子在磁场中作周期性运动,每经过2π×10-4s,粒子偏转的角度是(120°-60°)=60°,根据对称性和周期性,画出粒子的部分运动轨迹如图,其中O2、O6、O10构成一个正三边形.故粒子在磁场中一共运动了6个大圆弧和6个小圆弧,故从原点出发到回到原点的总时间为
t=6×2π×10-4s=12π×10-4s