如图所示,在y轴的右侧存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,在x轴的上方有一平行板式加速电场.有一薄绝缘板放置在y轴处,且与纸面垂直.现在一质量为m、电荷量为

◎ 题目

如图所示,在y轴的右侧存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,在x轴的上方有一平行板式加速电场.有一薄绝缘板放置在y轴处,且与纸面垂直.现在一质量为m、电荷量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速,然后以垂直于板的方向沿直线从A处穿过绝缘板,而后从x轴上的D处以与x轴负向夹角为30°的方向进入第四象限,此时再加一匀强电场,使粒子能沿直线从D点到达y轴上的C点.已知OD长为l,不计粒子的重力.求:
(1)粒子射入绝缘板之间的速度;
(2)粒子经过绝缘板时损失了多少动能;
(3)所加匀强电场的电场强度的大小及方向;
(4)带电粒子在y轴的右侧运行的总时间.

◎ 答案

(1)粒子在电场中加速,由动能定理得:qU=
1
2
mv2-0,
解得:v=

2qU
m

(2)粒子在磁场中做圆周运动轨迹如图所示:
由几何关系可得轨道半径:r=2l.
由牛顿第二定律得:qv′B=m
v2
r

解得:v′=
2qBl
m

根据能量守恒得,损失的动能为:△EK=
1
2
mv2-
1
2
mv′2
解得:△EK=qU-
2q2B2l2
m

(3)粒子若作直线运动,洛伦兹力与电场力相等,即:qv′B=qE,
解得:E=
2qB2l
m
,方向与x轴正向斜向下成60°角.
(4)粒子在第一象限作匀速圆周运动的时间为:t1=
5πm
6qB

粒子在第四象限做匀速直线运动的时间为:t2=
2

3
l
3v′
=

3
m
3qB

粒子x轴右侧运行的总时间为:t=t1+t2=
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