题目内容
【题目】如图所示的xOy坐标系中,在第Ⅰ象限内存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q的带正电粒子,从y轴上的P点垂直进入匀强电场,经过x轴上的Q点以速度v进入磁场,方向与x轴正向成30°角.若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场,已知OP=,粒子的重力不计,电场强度E和磁感应强度B大小均未知.求:
(1)OQ的距离;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)若在O点右侧22L处放置一平行于y轴的挡板,粒子能击中挡板并被吸收,求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间.
【答案】(1)3L (2)B= (3)t总=
【解析】(1)粒子在Q点进入磁场时,vx=vcos30°,vy=vsin30°,
OP间的距离 .
OQ间的距离
解得x=OQ=3L
(2)粒子恰好能回到电场,即粒子在磁场中轨迹的左侧恰好与y轴相切,设半径为R
R+Rsin30°=3L,
qvB=m
可得B=.
(3)粒子在电场和磁场中做周期性运动,轨迹如图;
一个周期运动过程中,在x轴上发生的距离为△L=3L+3L-2Rsin30°=4L,P点到挡板的距离为22L,所以粒子能完成5个周期的运动,然后在电场中沿x轴运动2L时击中挡板.5个周期的运动中,在电场中的时间为,
磁场中运动的时间 ,
剩余2L中的运动时间 ,
总时间t总=t1+t2+t3= .
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