如图所示,真空中有以(r,0)为圆心、半径为r的圆柱形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y=r的上方足够大的范围内,有方向水平向左的匀强电场,

◎ 题目

如图所示,真空中有以(r,0)为圆心、半径为r的圆柱形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y=r的上方足够大的范围内,有方向水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E,从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内.设质子在磁场中的轨道半径也为r,已知质子的电量为e,质量为m,不计重力及阻力的作用.求:
(1)质子射入磁场时的速度大小;
(2)速度方向沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;
(3)速度方向与x轴正方向成30°角(如图所示)射入磁场的质子,到达y轴的位置坐标,并画出质子运动轨迹的示意图;
(4)质子到达y轴的位置坐标的范围.
魔方格

◎ 答案

(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动,有:
evB=
mv2
r

得:v=
eBr
m

(2)质子沿x轴正向射入磁场后经
1
4
圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场,在磁场中运动的时间  
 t1=
T
4
=
πm
2eB

进入电场后做类平抛运动,沿电场方向做匀加速直线运动,运动r后到达y轴,因此有:
t2=

2r
a
=

2mr
eg

到达y轴所需的时间为t=t1+t2=
πm
2eB
+

2mr
eg

(3)质子在磁场中转过120°角后从P点垂直电场线进入电场,在电场中做类平抛运动,运动轨迹如图所示.

魔方格
P点距y轴的距离为:
x1=r+rsin30°=1.5r
可得质子从进入电场至到达y轴所需时间为:
t2=

2x1
a
=

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