题目内容

(18分)如图所示,在第一象限有一均强电场,场强大小为E,方向与y轴平行;在x轴下方有一均强磁场,磁场方向与纸面垂直。一质量为m、电荷量为-q(q>0)的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场,在x轴上的Q点处进入磁场,并从坐标原点O离开磁场。粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点。已知OP=,。不计重力。求

(1)M点与坐标原点O间的距离;

(2)粒子从P点运动到M点所用的时间。

解析:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,在轴负方向上做初速度为零的匀加速运动,设加速度的大小为;在轴正方向上做匀速直线运动,设速度为,粒子从P点运动到Q点所用的时间为,进入磁场时速度方向与轴正方向的夹角为,则

  ①

  ②

   ③

其中。又有

    ④

联立②③④式,得

因为点在圆周上,,所以MQ为直径。从图中的几何关系可知。

  ⑥

  ⑦

(2)设粒子在磁场中运动的速度为,从Q到M点运动的时间为,则有

   ⑧

   ⑨

带电粒子自P点出发到M点所用的时间为

   ⑩

联立①②③⑤⑥⑧⑨⑩式,并代入数据得

    

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