如图所示,某一空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场.左侧区域匀强电场的场强大小为E,方向水平向右,电场宽度为L;中间区域匀强磁场磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面

◎ 题目

如图所示,某一空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场.左侧区域匀强电场的场强大小为E,方向水平向右,电场宽度为L;中间区域匀强磁场磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.右侧区域匀强磁场的磁感应强度大小仍为B,方向垂直纸面向里,其右边界可向右边无限延伸.一个质量为m、带电量为+q的粒子(重力不计)从电场左边界上的O点由静止开始运动,穿过中间的磁场区域后进入右侧磁场区域,又回到O点,然后重复上述过程.求:
(1)带电粒子在磁场中运动的速率;
(2)中间磁场区域的宽度d;
(3)带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用的时间t.

◎ 答案

(1)带电粒子在电场中加速,由动能定理得:qEL=
1
2
mv2
解得:v=

2qEL
m

(2)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:qvB=m
v2
R

解得,粒子轨道半径:R=
1
B

2mEL
q

两磁场的磁感应强度大小相等,粒子在两磁场中的轨道半径相等,粒子运动轨迹如图所示,

三段圆弧的圆心组成的三角形△O1O2O3是等边三角形,
其边长为2R.所以中间磁场区域的宽度为
d=Rsin60°=
1
2B

6mEL
q

(3)粒子在电场中做匀变速直线运动,运动时间:
t1=2
v
a
=2
v
qE
m
=2

2mL
qE

粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=
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