如图所示,在以OM和ON为边界的区域内有一磁感应强度为B,垂直于纸面向里的匀强磁场,在ON的左侧区域存在一平行于OM的匀强电场(图中未画出),OM、ON间的夹角α满足tanα=32,现

◎ 题目

如图所示,在以OM和ON为边界的区域内有一磁感应强度为B,垂直于纸面向里的匀强磁场,在ON的左侧区域存在一平行于OM的匀强电场(图中未画出),OM、ON间的夹角α满足tanα=
3
2
,现有大量的带负电的粒子从O点以大小不同的速度垂直射入电场,粒子在MON平面内运动,一段时间后通过ON边界进入磁场,已知带电粒子的质量为m,带电量为q,以v0的初速度射入电场中的粒子在磁场中运动时恰好与OM边界相切.不计重力和粒子间的相互作用,tan37°=
3
4

(1)试确定这些带电粒子第一次进入磁场的方向;
(2)试确定匀强电场的电场强度的大小和方向;
(3)若带电粒子射入电场的初速度vx
4
9
v0 ,试确定这些带电粒子第一次在磁场中运动的时间范围.(可用反三角函数表示)

◎ 答案

(1)以O为坐标原点,vx方向为想轴,OM方向为y轴建立直角坐标系如图所示,

粒子在电场中做类平抛运动,
在x轴方向上:x=vxt,在y轴方向上:y=
1
2
at2
tanα=
x
y
,tanβ=
vy
vx
=
at
vx

解得:tanβ=
2
tanα
=
4
3
,则β=53°,
所用带电粒子进入磁场的速度方向均与初速度方向成53°角.
(2)由题意可知,电场方向平行于OM向左,
由(1)所列方程可解得:t=
2vx
atanα
,x=
2
v2x
atanα
=
4
v2x
3a

带电粒子进入磁场做匀速圆周运动,
由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
R
①,
解得:R=
mv
qB
=
mvx
qBcosβ
=
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5mvx
3qB
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静止在匀强磁场中的某放射性