如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在?3m≤x≤0的区域内有磁感应强度大小B=4.0×10-4T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场,其左边界与x轴交于P点;在x>0的区域内有电场
◎ 题目
如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在?
(1)带电粒子在磁场中运动时间; (2)当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标; (3)若只改变上述电场强度的大小,要求带电粒子仍能通过Q点,讨论此电场左边界的横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系. |
◎ 答案
(1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有qvB=
代入数据得:r=2m 轨迹如图1交y轴于C点,过P点作v的垂线交y轴于O1点, 由几何关系得O1为粒子运动轨迹的圆心,且圆心角为60°. 在磁场中运动时间t=
代入数据得:t=5.23×10-5s (2)带电粒子离开磁场垂直进入电场后做类平抛运动 设带电粒子离开电场时的速度偏向角为θ,如图1, 则:tanθ=
设Q点的横坐标为x 则:tanθ=
故x=5m. (3)电场左边界的横坐标为x′. 当0<x′<3m时,如图2,设粒子离开电场时的速度偏向角为θ′, 则:tanθ′=
又:tanθ′=
由上两式得:E′=
当3m≤x'≤5m时,如图3,有y=
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