在平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在沿y轴正方向的匀强电场,场强大小为E.第Ⅲ、第Ⅳ象限-d≤y≤0内存在垂直于坐标平面向内的匀强磁场.一质量为m、电荷量为-q的带负电的粒子从y轴
◎ 题目
在平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在沿y轴正方向的匀强电场,场强大小为E.第Ⅲ、第Ⅳ象限-d≤y≤0内存在垂直于坐标平面向内的匀强磁场.一质量为m、电荷量为-q的带负电的粒子从y轴上的M点以速度υ0垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成θ=60°角射入磁场,恰好不会从磁场的下边界射出磁场,如图所示.不计粒子的重力,求 (1)M、N两点间的电势差U; (2)磁场的磁感应强度大小B; (3)粒子从M点运动到第一次离开磁场的总时间t. |
◎ 答案
(1)粒子离开第一象限的电场时,粒子速度v=
电子在电场中做类平抛运动, 由动能定理得:qU=
解得:U=
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动,运动轨迹如图所示, 由数学知识可得:rsin30°+r=d, 由牛顿第二定律得:qBv=m
解得:B=
(3)粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=
由粒子在磁场中的运动轨迹,由数学知识可得,粒子转过的圆心角为240°, 粒子在磁场中的运动时间:t2=
粒子离开电场时竖直方向的分速度vy=vsin60°=
由牛顿第二定律得:a=
由匀变速运动的速度公式:vy=at1, 解得,粒子的运动总时间:t=t1+t2=
答:(1)M、N两点间的电势差为 |