如图所示,水平线MN的上方区域存在场强大小为E的匀强电场,其方向指向右上方且与MN的夹角θ=45°,MN的下方区域存在磁感应强度为B的匀强磁场,其方向垂直纸面向外.一个重力不计

◎ 题目

如图所示,水平线MN的上方区域存在场强大小为E的匀强电场,其方向指向右上方且与MN的夹角θ=45°,MN的下方区域存在磁感应强度为B的匀强磁场,其方向垂直纸面向外.一个重力不计、质量为m、电量为q的带负电粒子,从MN上的O点,以v0的初速度沿电场方向射入匀强电场,并记为第一次经过MN.求:
(1)粒子从O点出发到第二次经过MN经历的时间t;
(2)粒子第三次经过MN的位置与O之间的距离s;
(3)粒子第四次经过MN时速度v的大小.
魔方格

◎ 答案

(1)带负电粒子进入先做匀减速运动,再反向做匀加速运动,仍以大小为v0的速度从O点第二次经过MN进入磁场,如图所示,由牛顿第二定律得
魔方格

   qE=ma,得a=
qE
m

设粒子做匀减速运动的时间为t1,反向做匀加速运动为t2,根据运动的对称性可知,
t1=t2=
v0
a
则有
t=t1+t2=2
v0
a
=
2mv0
qE

(2)设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,由牛顿第二定律得
   qv0B=m
v20
R
,得R=
mv0
qB

粒子第三次经过MN的位置为C,则由几何关系得 
   s=2Rsinθ=

2
mv0
qB

(3)粒子从C点进入电场时做类平抛运动,第四次经过MN的位置为D,CD方向与粒子在C点的速度v0方向的夹角为45°,设粒子从C点到D的时间为t3,则
垂直于E方向粒子做匀速直线运动,则有  s1=v0t3
平行于E方向做初速度为零的匀加速直线运动,则有  s2=
1
2
a
t23
=
qE
2m
t23

又tan45°=
s2
s1

联立解得  t3=
2mv0
qE

垂直于E方向的速度大小为 v1=v0
平行于E方向的速度大小为  v2=at3=
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qE
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