题目内容
(22分)如图所示,在xoy坐标平面的第一象限内有一沿y轴负方向的匀强电场,在第四象限内有一垂直于平面向里的匀强磁场,现有一质量为m、电量为+q的粒子(重力不计)从坐标原点O射入磁场,其入射方向与y的方向成45°角。当粒子运动到电场中坐标为(3L,L)的P点处时速度大小为v0,方向与x轴正方向相同。求:
(1)粒子从O点射入磁场时的速度v;
(2)匀强电场的场强E0和匀强磁场的磁感应强度B0;
(3)粒子从O点运动到P点所用的时间.
(1)(2)(3)
解析试题分析:(1)粒子从O点进入匀强磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,则其运动轨迹如图所示,经过磁场后进入电场,到达P点 (2分)
假设粒子在O点时的速度大小为v,OQ段为圆周,QP段为抛物线。
根据洛伦兹力与速度垂直不做功 可知粒子在Q点时的速度大小也为v,根据对称性可知方向与x轴正方向成45°角,可得:
Q点速度大小为,方向与X轴成斜向上。
进入电场后,电场力为竖直方向,水平方向匀速直线运动,所以有 (2分)
解得: (1分)
(2)在粒子从Q运动到P的过程中,由动能定理得:
(2分)
解得: (1分)
又在匀强电场由Q到P的过程中,
水平方向匀速直线运动的速度,为位移为 (1分)
竖直方向初速度匀减速到0的位移为 (1分)
可得, (2分)
由几何关系可得粒子在OQ段圆周运动的半径:
根据洛伦兹力提供向心力得
得 (2分)
(3)在Q点时,竖直分速度 (1分)
设粒子从Q到P所用时间为,在竖直方向上有:t1== (1分)
粒子从O点运动到Q运动的圆心角为90度,所用的时间为: (1分)
则粒子从O点运动到P点所用的时间为: (1分)
考点:带电粒子在匀强磁场中的运动
如图所示,在第二象限内有水平向右的匀强电场,电场强度为E,在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场,磁感应强度大小相等. 有一个带电粒子以初速度v0垂直x轴,从x轴上的P点进入匀强电场,恰好与y轴成45°角射出电场,再经过一段时间又恰好垂直于x轴进入下面的磁场.已知OP之间的距离为d,则带电粒子( )
A.在电场中运动的时间为 |
B.在磁场中做圆周运动的半径为 |
C.自进入磁场至第二次经过x轴所用时间为 |
D.自进入电场至在磁场中第二次经过x轴的时间为 |