题目内容

(19分)如图所示的平面直角坐标系中,在y>0的区域存在匀强电场,场强沿y轴负方向,在y<0的区域存在匀强磁场,磁场方向垂直于坐标平面向外。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子,经过y轴上y=h处的点Pl时速率为vo,方向沿x轴正方向;然后经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场。不计粒子重力。

(1)求电场强度的大小;
(2)若粒子进人磁场后,接着经过了y轴上y=-2h处的P3点,求磁感应强度的大小;
(3)若只改变磁场的大小(仍为匀强磁场),让粒子仍从Pl经P2沿原路径进入磁场后,为了使粒子能再次通过P2点,求磁感应强度的大小满足的条件。
(1)   (2)    (3)或者

试题分析:(1)粒子运动轨迹如图甲所示

在电场中,         解得
(2)在电场中   进入磁场的速度,方向与x轴成45°
在磁场中,连接P2、P3两点,由几何关系知,为圆弧的直径,所以
又由 所以
(3)设满足条件的磁感应强度为B′,下面分两种情况进行讨论.
第一种情况:根据对称性,轨迹关于y轴对称,能过P2点的轨迹如图乙所示,由几何关系知
又由  所以
第二种情况:如果轨迹与y轴不对称,能过P2点的轨迹如图丙所示,设粒子此后在电场中偏转n次后再经过P2点,当n=1时,粒子在磁场中将偏转2次过P2点,
当n=2时,粒子在磁场中将偏转3次过P2点,
……
当粒子在电场中偏转n次时,粒子在磁场中将n+1次过P2点,(n=1、2、3、4……) 所以(n=1、2、3、4……)  
又由,所以(n=1、2、3、4……)
所以过P2点的条件是或者
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