Question

【題目】如圖甲所示，在直角坐標系xoy中，x軸的上方有寬度為a、垂直于紙面向外的足夠大的勻強磁場，在x軸下方存在一周期性變化的勻強電場，規(guī)定沿+y方向為電場正方向。一質量為m，電荷量為q的正離子，t=0時刻在電場中y軸上的某點由靜止釋放。不計離子重力。

⑴若x軸下方的周期性變化的電場如圖乙所示（E0、T已知），離子恰好在t=0.5T時通過x軸并能夠從勻強磁場上邊界穿出磁場，求離子通過x軸時的速度大小和勻強磁場的磁感應強度B應滿足的條件。

⑵若在如圖乙所示的電場中，離子在y軸上的A點（圖中未畫出）由靜止釋放，在電場中經(jīng)過n個周期正好到達x軸，在磁場中偏轉后又回到電場中。已知離子在磁場中運動的時間小于2T，A點到x軸的距離和離子回到電場中后沿-y軸方向運動的最大距離相等。求A點到x軸的距離和勻強磁場的磁感應強度B的可能值。

⑶若在x軸上固定一厚度不計的特殊薄板，使離子每穿過一次x軸后電荷量不變，動能變?yōu)榇┻^前的倍。x軸下方的周期性變化的電場示意圖如圖丙所示，當離子在電場中運動時，電場方向沿+y方向，當離子在磁場中運動時，電場方向沿-y方向。x軸上方的勻強磁場磁感應強度大小為B0，離子在y軸上由靜止釋放時與x軸間距也為a，且離子不會從勻強磁場的上邊界穿出。求離子能夠到達的橫坐標x的最大值和離子在電場中運動的總時間。

Answer 1

【答案】（1） （2）或（3）

【解析】（1）粒子在電場中一直加速，在t=0.5T時通過x軸時其速度：

離子在0-T/2內(nèi)勻加速運動，加速度大小分為

離子在勻強磁場做勻速圓周運動，

r>a

得：

⑵離子在-T內(nèi)的加速度大小為

離子在第n個周期內(nèi)位移:

前時間內(nèi)：

后時間內(nèi)：

A點到x軸的距離

離子在磁場中運動的周期：

由題意可知：離子在磁場中運動的時間 (k=0、1)

得：磁感應強度B的可能值：或者

（3）離子在y軸上由靜止釋放到達x軸時速度：

歷時

由題意可知，離子在y軸上方第1、2、3……n次做半圓周運動時速度大小分別為

、、……

離子能夠到達的x軸的最大值：

當n→∞時，

由題意可知，離子在y軸上方第1、2、3……n次做半圓周運動，經(jīng)過x軸后速度大小分別為、、……

離子在電場中運動的總時間：

當n→∞時，