题目内容
【题目】如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿y轴负方向的匀强电场,第四象限内无电场和磁场。质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经N、P最后又回到M点。设OM=L,ON=2L,求:
(1)电场强度E的大小;
(2)匀强磁场的方向;
(3)磁感应强度B的大小。
【答案】(1)(2)垂直纸面向里(3)
【解析】试题分析:分析带电粒子的运动情况:电子在电场中,受到竖直向上的电场力而做类平抛运动(或匀变速曲线运动);根据粒子受力的方向与电场线方向的关系判断出粒子的电性;根据平抛运动的规律求出电场强度;根据匀变速直线运动的规律求出粒子在y方向的分速度,然后使用平行四边形定则求出带电粒子到达N点时的速度大小和方向;进入磁场做匀速圆周运动; 画出轨迹,根据图象中的几何关系求得圆周运动的半径;根据洛伦兹力提供向心力,写出动力学的方程,求得磁场的强度;
(1)粒子从M至N运动过程粒子逆着电场线的方向发生偏转,说明受力的方向与电场线的方向相反,所以粒子带负电.
粒子从M至N运动过程做类平抛运动,有: ①,加速度②
运动时间: ③,由①②③得电场强度: ④
(2、3)到达N时: ,设与x成角,所以:θ=45°
带电粒子到N点速度: ⑤
带电粒子在磁场中做圆周运动的轨迹如图所示,由左手定则可得:粒子带负电荷.圆心在O′处,设半径为R,由几何关系知带电粒子过P点的速度方向与x成45°角,
则,则⑥
由牛顿第二定律得: ⑦
由⑥⑦解得: ,由左手定则可知,方向垂直于纸面向里;
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