如图甲所示,一个质量为m,带电量为q的离子,从D点以某一初速度垂直进入匀强磁场.磁场方向垂直纸面向内,磁感应强度为B.正离子的初速度方向在纸面内,与直线AD的夹角为60°.结

◎ 题目

如图甲所示,一个质量为m,带电量为q的离子,从D点以某一初速度垂直进入匀强磁场.磁场方向垂直纸面向内,磁感应强度为B.正离子的初速度方向在纸面内,与直线AD的夹角为60°.结果粒子正好穿过AD的垂线上离A点距离为d的小孔C,垂直AC的方向进入AC右边的匀强电场中.电场的方向与AC平行.离子最后打在DA直线上的P点.P到A的距离为2d.不计重力,
求:(1)离子从D到P的运动时间;
(2)离子到达P点时的动能.

◎ 答案

(1)画出粒子的运动轨迹如图.

由几何关系:R+Rsin30°=d
得:R=
2
3
d

由洛伦兹力提供向心力:qvB=
mv2
R

得:v=
2Bqd
3m

粒子在磁场中的运动周期:T=
2πR
v
=
2πm
qB

粒子在磁场中的运动的时间:t=
120°
360°
T=
2πm
3qB

粒子在电场中作类平抛运动:水平匀速,竖直匀加速
d=
1
2
at2=
1
2
vyt2

2d=vt2
解得vy=v=
2Bqd
3m

t2=
2d
v
=
3m
qB

所以,粒子从D到P的时间为:t=t1+t2=
2πm
3qB
+
3m
qB
=
(2π+9)m
3qB

粒子到达P的动能:EK=
1
2
m(v2+
v2y
)=mv2=
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4B2q2d2
9m
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