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=
解得:v=
(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
解得,粒子轨道半径:R=
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°=
(3)粒子在电场中做匀变速直线运动,运动时间: t1=2
粒子在磁场中做圆周运动的周期:T= |