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如图,在xOy平面直角坐标系中,直角三角形MPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、

数学试题 06-02
如图,在xOy平面直角坐标系中,直角三角形MPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于xOy平面向外。直角边MPx轴重合,已知OM=LOP=3L,∠MPN=30°。在直角坐标系xOy的第四象限区域内,存在方向沿x轴负方向、场强大小为E=Bv0的匀强电场,在y=-3L处垂直于y轴放置一足够长的平面荧光屏,与y轴交点为Q。一束带正电的同种粒子以相同的速度v0,从MO边上的各点沿y轴正方向射入磁场,已知从O点射入的粒子恰好不能从PN边射出磁场。忽略粒子间的相互作用,不计粒子的重力。
 
(1)求粒子的比荷
(2)通过计算说明是否所有的粒子都从OQ之间射出电场打到荧光屏上;
(3)求粒子打到荧光屏上的点距Q点的最远距离。
【答案】(1);(2)所有的粒子都从OQ之间射出电场打到荧光屏上;(3)
【解析】
1)由题意可知从O点进入磁场的粒子在磁场中运动的轨迹与PN相切,如图所示:
 
运动轨迹的圆心为点,设粒子运动轨迹的半径为r,由牛顿第二定律得
由几何关系有
联立解得粒子的比荷
(2)对从O点射入磁场的粒子,在磁场中经过半圆垂直进入电场,粒子在电场中做类平抛运动。假设该粒子从OQ之间射出电场打到荧光屏上,则该粒子在水平方向的位移为2L。设该粒子在电场中运动时间为t1,竖直方向位移为y1,有


再根据求出的粒子的比荷联立解得
故假设成立,即从O点射入磁场的粒子从OQ之间射出电场打到荧光屏上,而其他粒子进入电场的位置在该粒子左侧,故所有的粒子都从OQ之间射出电场打到荧光屏上。
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