如图所示,在xOy平面内的第一象限内存在沿Y轴正方向的匀强电场,在第四象限存在有界的磁场,磁感应强度B=9.0×10-3T,有一质量为m=9.0×10-31kg,电量为e=1.6×10-19C的电子

◎ 题目

如图所示,在xOy平面内的第一象限内存在沿Y轴正方向的匀强电场,在第四象限存在有界的磁场,磁感应强度B=9.0×10-3T,有一质量为m=9.0×10-31kg,电量为e=1.6×10-19C的电子以v0=2.0×107m/s的速度从Y轴的p点(0,2.5

3
cm)沿X轴正方向射入第一象限,偏转后从X轴的Q点射入第四象限,方向与X轴成60°角,在磁场中偏转后又回到Q点,方向与X轴也成60°角.不计电子重力,求:
(1)OQ之间的距离及电子通过Q点的速度大小.
(2)若在第四象限内的磁场的边界为直线边界,即在虚线Y=Y0的下方有磁场,如图中所示.求Y0的坐标.
(3)若在第四象限内的磁场为圆形边界的磁场,圆形边界的磁场的圆心坐标的范围.

◎ 答案


(1)电子在电场做类平抛运动,在Q点速度方向与X轴成600角,故
v=
v0
cos60°
=4.0×107m/s
又由平抛规律:
x=v0t
y=
vy
2
t

其中:
vy=v0tan60°
解得:x=5cm
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,故有:
qvB=m
v2
R

得:R=
mv
qB
=
9×10-31×4×107
1.6×10-19×9×10-3
m=1.25cm
由几何关系可知,电子回到Q点有:
y0=Rsin60°tan60°
解得:y0=3.75cm
(3)由于在磁场中偏转后又回到Q点,方向与X轴也成60°角.其运动轨迹如图:
由几何关系可知,圆形磁场的圆心在Q点的正下方,即:x=5cm
圆形磁场应与电子轨迹有公共弦,同时只要磁场半径r大于R即可,故磁场圆心y轴的最小坐标为:
y=y0+Rcos60°=5cm
圆形磁场在第四象限,磁场半径应小于5cm,由几何关系可知,磁场圆心y轴的最大坐标为:
y=y0+

r2+(Rcos30°)2
=
15+5

13
4
cm

即圆形磁场的圆心的坐标应满足:
x=5cm
15+5
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