如图所示,在xoy平面内,第I象限中有匀强电场,场强大小为E,方向沿x轴负方向,在第Ⅱ象限和第Ⅲ象限有匀强磁场,方向垂直于纸面向里.今有一个质量为m,电荷量为e的质子(不计重

◎ 题目

如图所示,在xoy平面内,第I象限中有匀强电场,场强大小为E,方向沿x轴负方向,在第Ⅱ象限和第Ⅲ象限有匀强磁场,方向垂直于纸面向里.今有一个质量为m,电荷量为e的质子(不计重力),从x轴上的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场.经电场偏转后,沿着与y轴正方向成45°角的方向进入磁场,从磁场中飞出时恰好能返回到原出发点P.试求:
(1)P点离坐标原点的距离l;
(2)磁场的磁感应强度B;
(3)质子第二次在电场中运动的时间t.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)质子运动的轨迹示意图如右图所示,质子进入电场从P到A,做类平抛运动(或匀变速曲线运动);进入磁场从A到C再到D,做匀速圆周运动;离开磁场从D到P,做匀速直线运动. 
质子经过A点的速度大小:v=
v0
cos45°
=

2
v0

质子从P到A过程,由动能定理得:eEl=
1
2
mv2-
1
2
m
v20

解得,l=
m
v20
2Ee

(2)设OA的距离为S1,OD的距离为S2
则S1=v0
l=
v0tan45°
2
t

解得:S1=2l
质子从磁场中飞出时的方向与y轴也成45°,所以S2=l
所以,质子在磁场中的轨道半径为R=
S1+S2

2
=
3

2
l
2

 由于R=
mvA
eB
,解得:B=
4E
3v0

(3)质子第二次在P点时,速度大小为

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