题目内容
如图所示,空间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向为y轴正方向,磁场方向垂直于xy平面(纸面)向外,电场和磁场都可以随意加上或撤除,重新加上的电场或磁场与撤除前的相同.一带正电荷的粒子从P(x=0,y=h)点以一定的速度平行于x轴正向入射.这时若只有磁场,粒子将做半径为R0的圆周运动;若同时存在电场和磁场,粒子恰好做直线运动.现在,只加电场,当粒子从P点运动到x=R0平面(图中虚线所示)时,立即撤除电场的同时加上磁场,粒子继续运动,其轨迹与x轴交于M点.不计带电粒子的重力.求:
(1)粒子到达x=R0平面时的速度;
(2)M点到坐标原点O的距离xM.
解:⑴设带电粒子的质量为m,电荷量为q,匀强电场的场强和匀强磁场的磁感应强度分别为E和B。
由题意 (1分)
由牛顿第二定律 (1分)
只有匀强电场时,带电粒子做类平抛运动。
由牛顿第二定律 (1分)
如图所示,带电粒子到达A点时
(1分)
(1分)
粒子速度大小为 (1分)
解得 (1分)
设速度的方向与x轴正方向的夹角为,则
(1分)
解得 (1分)
⑵撤除电场加上磁场后,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,设圆轨道半径为R,
由牛顿第二定律 (1分)
解得 (1分)
粒子运动轨迹如图所示,A点到x轴的距离为
(1分)
圆心C位于与速度v方向垂直的直线上,由几何关系,该直线与x轴负向和y轴负向的夹角均为 (1分)
则C点坐标为 (1分)
(1分)
过C点作x轴的垂线,垂足为D,在ΔCDM中,
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
解得 (1分)
解析:略