如图13所示在平面直角坐标系xOy中,,第Ⅰ、II象限存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E,第III、Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷

◎ 题目

如图13所示在平面直角坐标系xOy中,,第Ⅰ、II象限存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E,第III、Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上距原点O为d的P点以速度v0垂直于y轴射入第Ⅰ象限的电场,经x轴射入磁场,已知.不计粒子重力,求:

(1)粒子在磁场中运动的半径,画出带电粒子运动的轨迹。
(2)从粒子射入电场开始,求粒子经过x轴时间的可能值。

◎ 答案

(1)见解析
(2)带电粒子经过x轴正半轴时间的可能值为
(n=0、1、2、3…).
带电粒子经过x轴负半轴时间的可能值为
(n=0、1、2、3…).

◎ 解析

(1)带电粒子射入电场中作类平抛运动,由牛顿第二定律
由类平抛运动的特点,竖直方向上作初速为零的匀加速运动②,
水平方向上作匀速运动
设合速度与水平方向的夹角为,由合速度与分速度的关系得

以上六式联立可得
带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力⑦,代入可得
由几何关系可确定出带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心在y轴下方处,根据圆的对称性,粒子出磁场时的速度和距离与入时对称,带电粒子进入第II象限作斜抛运动,运动情况跟在第一像限对称,故可画出带电粒子运动的轨迹。

①②③④⑤⑥⑦⑧每式1分,轨迹3分,共11分.
(2)由上问知粒子在第Ⅰ象限的电场中运动的时间①,在磁场中运动的周期由,带电粒子在磁场中运动的时间为②,带电粒子在第第II象限的电场中运动的时间③,故带电粒子经过x轴正半轴时间的可能值为(n=0、1、2、3…)④.
带电粒子经过x轴负半轴时间的可能值为(n=0、1、2、3…)⑤.
①②③每式1分, ④⑤每式2分,共7分.

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图13所示在平面直角坐标系xOy中,,第Ⅰ、II象限存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E,第III、Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷…”主要考查了你对  【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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