题目内容

【题目】如图所示,在xoy平面第一象限整个区域分布匀强电场,电场方向平行于y轴向下,在第四象限内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外。质量为m、带电量为+q的粒子从y轴上P点以初速度v0垂直y轴射入匀强电场,在电场力作用下从x轴上Q点以与x轴正方向成45°角进入匀强磁场。已知OQ=d,不计粒子重力。求:

(1)P点的坐标;

(2)要使粒子能再次进入电场,求磁感应强度B的取值范围;(结果可保留根号)

【答案】(1) (2)

【解析】

(1)粒子在第一象限内做类平抛运动,在x轴方向上做匀速直线运动,在y轴方向做初速度为零的匀加速直线运动,已知在Q点时的速度方向为45°,可知此时沿两个坐标轴的速度都是v0,在x轴和y轴方向分别列式,可求出OP的距离,从而得到P点的坐标

(2) 对粒子在第四象限中的运动轨道进行分析,找到临界状态,即轨道恰好与y轴相切为轨道的最大半径,结合洛伦兹力做向心力的公式可求出此时的磁感应强度,该磁感应强度为最小值,从而可表示出磁感应强度的范围。

(1)设粒子进入电场时y方向的速度为vy

粒子在电场中做类平抛运动,设粒子在电场中运动时间为t,

在水平方向: ,在竖直方向:

解得:P点坐标为:(0,0.5d);

(2)粒子刚好能再进入电场的轨迹如图所示,设此时的轨迹半径为r1

由数学知识得:

解得:

粒子在磁场中运动的速度

由牛顿第二定律得

解得:

要使粒子能再进入电场,磁感应强度B的范围为

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