题目内容
(18分)在如图所示的直角坐标中,x轴的上方存在与x轴正方向成45°角斜向右下方的匀强电场,场强的大小为E=×104V/m。x轴的下方有垂直于xOy面向外的匀强磁场,磁感应强度的大小为B=2×10-2T。把一个比荷为 =2×108C/㎏的正点电荷从坐标为(0,1)的A点处由静止释放。电荷所受的重力忽略不计。求:
(1)电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间;
(2)电荷在磁场中做圆周运动的半径(保留两位有效数字);
(3)当电荷第二次到达x轴上时,电场立即反向,而场强大小不变,试确定电荷到达y轴时的位置坐标。
解:(1)如图,电荷从A点匀加速运动运动到x轴的C点的过程:
位移S=AC=m……………………………………………………………………(1分)
加速度a==2×1012m/s2……………………………………………………(2分)
时间t==10-6s…………………………………………………………………(2分)
(2)电荷到达C点的速度为
v=at=2×106m/s……………………(2分)
速度方向与x轴正方向成45°角,在磁场中
运动时
由qvB=……………………………(2分)
得R==m………………………………………………………………………(1分)
即电荷在磁场中的偏转半径为0.71m………………………………………………(1分)
(3)轨迹圆与x轴相交的弦长为Δx=R=1m,所以电荷从坐标原点O再次进入电场中,且速度方向与电场方向垂直,电荷在电场中作类平抛运动。………………………(1分)
设到达y轴的时间为t′,则:
tan45°=…………………………………………………………………………(2分)
解得t′=2×10-6s………………………………………………………………………(1分)
则类平抛运动中垂直于电场方向的位移L=vt′=4m……………………………(1分)
y= =8m…………………………………………………………………………(1分)
即电荷到达y轴上的点的坐标为(0,8)…………………………………………(1分)