如图所示,坐标系所在空间中有场强为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.y轴为两种场的分界面,图中与y轴平行的虚线为磁场区域的右边界.现有一质量为m,电荷量为-q的带电

◎ 题目

如图所示,坐标系所在空间中有场强为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.y轴为两种场的分界面,图中与y轴平行的虚线为磁场区域的右边界.现有一质量为m,电荷量为-q的带电粒子,重力不计.从电场中坐标位置为(-l,0)处,以初速度v0,沿x轴正方向开始运动,且已知l=
mv02
qE
.试求:
(1)带电粒子第一次通过y轴时的瞬时速度的大小.
(2)为使带电粒子能穿越磁场区域而到达磁场区右侧的空间,磁场宽度d应满足什么条件?
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,设带电粒子在电场中运动的加速度是a,由牛顿运动定律可得:
qE=ma          
设粒子出电场入磁场时的速度大小为v,此时在y轴方向的分速度为vy,粒子在电场中的运动时间为t,则有:
vy=at          
l=
m
v20
qE
=v0t
  
v=

v20
+
v2y
=

2
v0

(2)粒子进入磁场后在洛仑兹力作用下做圆周运动,如答图所示.
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力有:
qvB=
mv2
R

所以有粒子运动轨道半径:R=
mv
qB
      
由答图可知:若要使带电粒子能穿越磁场区域而不再返回电场中,磁场的宽度d应满足:
d≤R(1+cosθ)     
代入数据解得:dmin=
(1+

2
)mv0
qB

答:(1)带电粒子进入磁场时的速度v的大小为

2
v0
,v的方向与y轴的夹角θ=45°;
(2)若要使带电粒子能穿越磁场区域而不再返回电场中,磁场的宽度d的最小值是
(1+
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