如图所示,真空有一个半径r=0.5m的圆形磁场,与坐标原点相切,磁场的磁感应强度大小B=2×10-3T,方向垂直于纸面向里,在x=r处的虚线右侧有一个方向竖直向上的宽度为L1=0.5m

◎ 题目

如图所示,真空有一个半径r=0.5m的圆形磁场,与坐标原点相切,磁场的磁感应强度大小B=2×10-3 T,方向垂直于纸面向里,在x=r处的虚线右侧有一个方向竖直向上的宽度为L1=0.5m的匀强电场区域,电场强度E=1.5×103 N/C.在x=2m处有一垂直x方向的足够长的荧光屏,从O点处向不同方向发射出速率相同的荷质比
q
m
=1×109 C/kg带正电的粒子,粒子的运动轨迹在纸面内,一个速度方向沿y轴正方向射入磁场的粒子,恰能从磁场与电场的相切处进入电场.不计重力及阻力的作用.求:
(1)粒子进入电场时的速度和沿y轴正方向射入的粒子在磁场中运动的时间?
(2)速度方向与y轴正方向成30°(如图中所示)射入磁场的粒子,最后打到荧光屏上,该发光点的位置坐标.
魔方格

◎ 答案

(1)由题意可知:粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径R=r=0.5m,
有Bqv=m
v2
R

可得粒子进入电场时的速度v=
qBR
m
=1×109×2×10-3×0.5=1×106m/s,
在磁场中运动的时间t1=
1
4
T=
1
4
×
2πm
qB
=
1
2
×
3.14
1×109×2×10-3
=7.85×10-7s
(2)粒子在磁场中转过120°角后从P点垂直电场线进入电场,如图所示
魔方格

在电场中的加速度大小a=
qE
m
=1.5×103×1×109=1.5×1012m/s2
粒子穿出电场时vy=at2=a×
L1
v
=1.5×1012×
0.5
1×106
=0.75×106m/s,
tanα=
vy
vx
=
0.75×106
1×106
=0.75,
在磁场中y1=1.5r=1.5×0.5=0.75m,
在电场中侧移y2=
1
2
at2=
1
2
×1.5×1012×(
0.5
1×106
)
2
=0.1875m,
飞出电场后粒子做匀速直线运动y3
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