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
,
以v0的速度射入电场中的粒子在电磁场中的运动轨迹如图中实线所示,
由几何知识可知,x0=R0(1+sinβ)=
R0 ②,
将v0代入①②解得:a=
,
而a=
,解得:E=
;
(3)由图示可知,粒子进入磁场的位置点a到粒子在磁场中做圆周运动的圆弧最低点b在x轴方向上的距离d为:
d=R(1+sinβ)=
,
则有:
=
,可知:当vx<v0时,粒子将从OM边界飞出,
可知当vx>v0时,粒子将不能从OM边界飞出,
因此当带电粒子的速度vx=
v0时,粒子第一次在磁场中的运动时间最短,
此时粒子进入磁场时沿x方向的位移与粒子在磁场中做圆周运动的半径关系为
=
,则圆心恰好在OM上,如图所示:
由图示可知,带电粒子在磁场中运动的最短时间:
tmin=
T=
×
=
,
故当带电粒子带电速度vx≥v0时,粒子第一次在磁场中运动的时间相同且最长,
由图示可知,最长时间:tmax=
T=
,其中:α=arctan
,β=arctan
,
综合以上分析可知,带电粒子第一次在磁场中运动时间范围是:
≤t′≤
以v0的速度射入电场中的粒子在电磁场中的运动轨迹如图中实线所示,
由几何知识可知,x0=R0(1+sinβ)=
9 |
5 |
将v0代入①②解得:a=
4qBv0 |
9 |
而a=
qE |
m |
4Bv0 |
9 |
(3)由图示可知,粒子进入磁场的位置点a到粒子在磁场中做圆周运动的圆弧最低点b在x轴方向上的距离d为:
d=R(1+sinβ)=
3mvx |
qB |
则有:
x |
d |
4qBvx |
9ma |
可知当vx>v0时,粒子将不能从OM边界飞出,
因此当带电粒子的速度vx=
4 |
9 |
此时粒子进入磁场时沿x方向的位移与粒子在磁场中做圆周运动的半径关系为
x′ |
r |
4 |
5 |
由图示可知,带电粒子在磁场中运动的最短时间:
tmin=
127° |
360° |
127 |
360 |
2πm |
qB |
127πm |
180qB |
故当带电粒子带电速度vx≥v0时,粒子第一次在磁场中运动的时间相同且最长,
由图示可知,最长时间:tmax=
3π-2(α+β) |
2π |
[3π-2(α+β)]m |
qB |
3 |
2 |
4 |
3 |
综合以上分析可知,带电粒子第一次在磁场中运动时间范围是:
127πm |
180qB |