如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强磁场,电场的方向平行于y轴向下:在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直于纸面向外,有一质量为m,

◎ 题目

如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强磁场,电场的方向平行于y轴向下:在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直于纸面向外,有一质量为m,带有电荷量+q的粒子由电场左侧平行于x轴射入电场,粒子到x轴上A点时,速度方向与x轴的夹角为φ,A点与原点O的距离为d,接着粒子进入磁场,并垂直于OC边离开磁场,不计重力影响,若OC与x轴的夹角也为φ,求:
(1)粒子在磁场中运动速度的大小;
(2)匀强电场的场强大小;
(3)求带电粒子再次回到y轴所用的时间.

◎ 答案

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(1)设圆周运动的半径为R,由几何关系得:R=dsin φ
由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得qvB=
mv2
R

解得:v=
qBdsinφ
m

(2)质点在电场中的运动为类平抛运动.设质点射入电场的速度为v0,在电场中的加速度为a,运动时间为t,则有:v0=vcosφ
vsinφ=at
d=v0t
解得:a=
v2sinφcosφ
d

设电场强度的大小为E,由牛顿第二定律得
qE=ma
解得:E=
qB2d
m
sin3φcosφ

(3)质点在电场中的运动为类平抛运动.设时间为t1,则:t1=
d
vcosφ

在匀强磁场中做匀速圆周运动,设时间为:t2则:
t2=
T
4
=
πm
2qB


离开磁场后做匀速直线运动,设经过时间t3再次回到y轴.则:
t3=
d(cosφ+sinφ)
vtanφ

所以质点再次回到y轴的时间是:t=t1+t2+t3=
d
vcosφ
+
πm
2qB
+
d(cosφ+sinφ)
vtanφ

答:(1)粒子在磁场中的速度为
qBdsinφ
m
;(2)匀强电场的大小为
qB2d
m
sin3φcosφ
;(3)带电粒子再次回到y轴所用的时间是
d
vcosφ
+
πm
2qB
+
d(cosφ+sinφ)
vtanφ
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