Question

【題目】如圖所示，在xoy坐標平面的第一象限內(nèi)有一沿y軸負方向的勻強電場，在第四象限內(nèi)有一垂直于平面向外的勻強磁場，一質(zhì)量為m，帶電量為+q的粒子（重力不計）經(jīng)過電場中坐標為（3L，L）的P點時的速度大小為V0．方向沿x軸負方向，然后以與x軸負方向成45°角進入磁場，最后從坐標原點O射出磁場求：

（1）勻強電場的場強E的大小；

（2）勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小；

（3）粒子從P點運動到原點O所用的時間．

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】試題分析：（1）當(dāng)粒子從P點垂直進入電場后，做類平拋運動，再以與x軸成45°垂直進入勻強磁場后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，接著從原點射出．由粒子在電場P點的速度可求出剛進入磁場的速度，再由動能定理可得電場強度．（2）從而由類平拋運動與圓周運動結(jié)合幾何關(guān)系可求出圓弧對應(yīng)的半徑，因此可算出磁感應(yīng)強度．（3）同時由周期公式及運動學(xué)公式可求出粒子從P點到O點的時間．

粒子在電場中經(jīng)過點P后，做類平拋運動，進入磁場中做勻速圓周運動，從O點射出，則其運動軌跡如圖所示．

（1）設(shè)粒子在O點時的速度大小為v，OQ段為圓周，PQ段為拋物線．根據(jù)對稱性可知，粒子在Q點時的速度大小也為v，方向與x軸正方向成45°角，可得

解得

在粒子從P運動到Q的過程中，由動能定理得，解得

在勻強電場由P到Q的過程中，水平方向的位移為

豎直方向的位移為

可得

由故粒子在QO段圓周運動的半徑及得．

（3）在Q點時，

設(shè)粒子從P到Q所用時間為，在豎直方向上有：

粒子從Q點運動到O所用的時間為

則粒子從O點運動到P點所用的時間為：