如图所示,xOy平面内半径为R的圆O'与y轴相切于原点O.在该圆形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于圆面的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q的粒子(不计重力)从O点沿x轴正方向

◎ 题目

如图所示,xOy平面内半径为R的圆O'与y轴相切于原点O.在该圆形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于圆面的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q的粒子(不计重力)从O点沿x轴正方向以某一速度射入,带电粒子恰好做匀速直线运动,经T0时间从P点射出.
(1)若仅撤去磁场,带电粒子仍从O点以相同的速度射入,经
T0
2
时间恰从圆形区域的边界射出.求电场强度的大小和粒子离开电场时速度的大小;
(2)若仅撤去电场,带电粒子仍从O点射入,且速度为原来的2倍,求粒子在磁场中运动的时间.

◎ 答案

(1)设电场强度为E,磁感强度为B;初速度为v.同时存在电场和磁场时,带电粒子做匀速直线运动有:
2R=vT0
解得:
v=
2R
T0

撤去磁场,只存在电场时,粒子做类平抛运动,有:
x=v?
T0
2

y=
1
2
?
qE
m
?(
T0
2
2
由以上式子可知x=y=R,粒子从图中的M点离开电场;
解得:
E=
8mR
q
T20

又:vx=v
vy=at=
qE
m
?
T0
2

则粒子离开电场时的速度为:
v=

v2x
+
v2y
=
2

5
R
T0

(2)同时存在电场和磁场时,带电粒子做匀速直线运动有:
qvB=qE
只存在磁场时,粒子做匀速圆周运动,设半径为r.
q?2vB=
m(2v)2
r

由以上式子可求得r=R,可知粒子在磁场中运动
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