在如图所示的xoy坐标系中,仅在x轴上方有垂直于xoy平面向里、范围足够大的匀强磁场Ⅰ.质量为m,电荷量为q的负粒子在xoy平面内运动,某时刻经过y轴上y=a的P点,速度方向与y轴正

◎ 题目

在如图所示的xoy坐标系中,仅在x轴上方有垂直于xoy平面向里、范围足够大的匀强磁场Ⅰ.质量为m,电荷量为q的负粒子在xoy平面内运动,某时刻经过y轴上y=a的P点,速度方向与y轴正方向夹角为θ=30°,经过时间t0粒子第一次经过x轴,速度方向与粒子在P点速度方向相反,不计重力.
(1)求粒子运动的速率v0和磁场Ⅰ的磁感应强度B1
(2)若粒子经过P点时,在x轴上方再叠加一个方向垂直于xoy平面的匀强磁场Ⅱ,使粒子能在磁场中做完整的圆周运动,求匀强磁场Ⅱ的磁感应强度B2的大小和方向;
(3)若粒子经过P点时,加一方向在xoy平面内的匀强电场,粒子在复合场中运动时经过了A(2x0,yA)、C(x0,yC)两点,如图所示,粒子在A点的动能是P点动能的
1
3
,在C点的动能是P点动能的
2
3
,求电场强度E的大小和方向.

◎ 答案

(1)粒子在磁场中运动半周,v0t0=πr,
圆周运动的半径r=
a
2
sinθ=a,
解得:v0=
πa
t0

又t0=
1
2
T=
2πm
qB1

解得:B1=
πm
qt0

(2)有两种情况:
①B2与B1同向,粒子顺时针转动,若最大半径为r1,对应的(B1+B2)最小,
这时qv0(B1+B2)=m
v20
r1

r1+r1sin30°=a,
所以r1=
2a
3

解得:B2=
πm
2qt0

所以当B2方向垂直xoy平面向里时,应满足B2
πm
2qt0
B2
πm
2qt0
亦可)
②B2与B1反向,粒子逆时针转动的半径最大(设为r2)时,对应的(B2-B1)最小,
这时qv0(B2-B1)=m
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v20
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