如图所示,在xoy平面内y轴与MN边界之间有沿x轴负方向的匀强电场,y轴左侧和MN边界右侧的空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小相等的匀强磁场,MN边界与y轴平行且间距保持不变

◎ 题目

如图所示,在xoy平面内y轴与MN边界之间有沿x轴负方向的匀强电场,y轴左侧和MN边界右侧的空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小相等的匀强磁场,MN边界与y轴平行且间距保持不变.一质量为m、电荷量为-q的粒子以速度v0从坐标原点O沿x轴负方向射入磁场,每次经过磁场的时间均为t0,粒子重力不计.
(1)求磁感应强度的大小B.
(2)若t=5t0时粒子回到原点O,求电场区域的宽度d和此时的电场强度E0
(3)若带电粒子能够回到原点0,则电场强度E应满足什么条件?

◎ 答案

粒子在磁场中运动的周期为:T=
2πm
qB
…①
粒子每次经过磁场时间为半个周期:t0=
T
2
…②
由①②解得:B=
πm
qt0

(2)粒子t=5t0回到原点,轨迹如图,由几何关系知r1=r2
根据:qv0B=
m
v20
r1

qBv2=m
v22
r2

电场宽度:d=
v0+v2
2
t0

解得:d=
3v0
2
t0

又v2=v0+
qE0
m
t0

解得:E0=
mv0
qt0

(3)如图所示,由几何关系知,要使粒子经过原点,应满足
n(2r
′2
-2r1)=2r1,n=1,2,3,…
由:qBv′2=
mv′22
r2

解得:v2=
n+1
n
v0

根据动能定理知:
Eqd=
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