题目内容

【题目】如图所示,在0<y<yM的空间中存在匀强电场,电场方向沿y轴负方向;在y0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外,磁感应强度为B;将某一正粒子放射源置于M点,其向各方向射出的粒子速度大小均为v0、质量均为m、电荷量均为q,其中,水平向右射入电场的粒子,经x轴上的N点与x轴正方向成θ60°角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图所示。不计粒子重力,求:

1MN两点间的电势差;

2)粒子从M点经N点运动到P点的总时间;

3)粒子第一次从磁场回到电场时打在x轴上的范围。

【答案】(1)(2)(3)

【解析】

粒子从M点经N点作类平抛运动,求出粒子在N点的合速度,由动能定理即可求出电势差;时间包括类平抛运动时间和在磁场中运动的时间;分别求出粒子从M点水平向右的情形,将打在x轴上最右端的点,粒子从M点水平向左的情形,将打在x轴上最左端的点,即可求出范围。

1)粒子运动轨迹如图所示:

粒子从M点经N点作类平抛运动,粒子在N点的合速度为

由动能定理

解得:

2)粒子从N点射入磁场作匀速圆周运动,由

解得:

类平抛运动的时间

解得:

磁场中运动周期,运动时间

粒子从M点经N点运动到P点的总时间:

3)粒子从M点水平向右的情形,将打在x轴上最右端的点

粒子从M点水平向左的情形,将打在x轴上最左端的点

粒子打在x轴上的距离(或

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