题目内容

在半径为R的半圆形真空区域中同时存在一匀强磁场和一匀强电场,磁场的方向垂直于纸面向里,电场的方向平行于纸面向上。一质量为m、电荷量为q的带电粒子以一定的速度v沿垂直于水平方向的半圆直径AD经圆心O点射入该区域,恰能做匀速圆周运动并从A点射出。(重力加速度值为g)

(1)请指出粒子的带电性质,并求出磁感应强度和电场强度的大小;

(2)若保持磁场的方向不变,将电场的方向变为平行于纸面向右,则要让上述粒子经圆心O点射入该区域后能做匀速直线运动,试求出粒子的速度大小和方向。

(1)粒子带正电

要保证粒子做匀速圆周运动,电场力必与重力平衡,由洛伦兹力提供向心力有qE=mg,

解得E=mg/q ①

又qvB=2mv2/R,解得B=2mv/qR。②

(2)设粒子的速度大小为v′,速度与直径AD的夹角为θ,粒子受到三个力的作用处于平衡状态,其受力图如图所示,有tanθ=qE/mg=1,

解得θ=45°

又qv′B=mg/cosθ ③

将②代入③得v′=gR/(2v)

常规题型。考查带电粒子在综合场中的运动,难度适中。

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