如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里、大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ=45°且斜向上方.现有一质量为m、电荷

◎ 题目

如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里、大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ=45°且斜向上方.现有一质量为m、电荷量为q的正离子,以速度v0由y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场,该离子在磁场中运动一段时间后从x轴上的C点进入电场区域,该离子经过C点时的速度方向与x轴夹角为
45°.不计离子的重力,设磁场区域和电场区域足够大.
求:
(1)C点的坐标.
(2)离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间.
魔方格

◎ 答案


(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动,故有:qvB=m
v20
r

同时有T=
2πr
v0
=
2πm
qB

粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知,
魔方格

xc=-(r+rcos45°)=-
(2+

2
)mv0
2qB

故,C点坐标为(-
(2+

2
)mv0
2qB
,0)

(2)设粒子从A到C的时间为t1,由题意知:
t1=
5
8
T=
5πm
4qB

设粒子从进入电场到返回C的时间为t2,其在电场中做匀变速运动,由牛顿第二定律和运动学知识,有:
qE=ma
2v0=at2
联立以上解得:
t2=
2mv0
qE

设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为t3,由题意得:
t3=
1
4
T=
πm
2qB

故而,设粒子从A点到第三次穿越x轴的时间为:
t=t1+t2+t3=
7πm
4qB
+
2mv0
qE

 答:(1)C点的坐标为(-
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