如图,在平面直角坐标系xOy内,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量

◎ 题目

如图,在平面直角坐标系xOy内,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从y轴上y=h处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x=2h处的P点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向射出磁场.不计粒子重力.求
(1)在原图上画出粒子在电场和磁场中运动轨迹示意图;
(2)电场强度大小E;
(3)粒子在磁场中运动的轨道半径r;
(4)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)类似平抛运动速度偏转角的正切:tanθ=2tanα=2×
y
x
=1
,故θ=45°;
故粒子的运动轨迹如右图所示;
(2)设粒子在电场中运动的时间为t1
x方向:2h=v0t1
y方向:h=
1
2
at12
根据牛顿第二定律:Eq=ma
联立以上三式,解得:E=
m
v20
2qh

故电场强度为
m
v20
2qh

(3)类平抛运动过程,根据动能定理:Eqh=
1
2
mv2-
1
2
mv02
将E的表达式代入上式,得:v=

2
v0
由:Bqv=m
v2
r

得:r=

2
mv0
Bq

故圆弧的半径为

2
mv0
Bq

(4)粒子在电场中运动的时间:t1=
2h
v0

粒子在磁场中运动的周期:T=
2πr
v
=
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