题目内容
如图甲所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，场强E=
×104N/C．现将一重力不计、比荷
=106C/kg的正电荷从电场中的O点由静止释放，经过t0=1×10-5s后，通过MN上的P点进入其上方的匀强磁场．磁场方向垂直于纸面向外，以电荷第一次通过MN时开始计时，磁感应强度按图乙所示规律周期性变化．
（1）求电荷进入磁场时的速度v0；
（2）求图乙中t=2×10-5s时刻电荷与P点的距离；
（3）如果在P点右方d=105cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间．
| π |
| 10 |
| q |
| m |
（1）求电荷进入磁场时的速度v0；
（2）求图乙中t=2×10-5s时刻电荷与P点的距离；
（3）如果在P点右方d=105cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间．
（1）电荷在电场中做匀加速直线运动，设其在电场中运动的时间为t1，有：
v0=at0 Eq=ma
解得：v0=
?t0=
?Et0=106×
×104×1×10-5m/s=π×104m/s；
（2）当磁场垂直纸面向外B1=
T时，电荷运动的半径：r1=
代入数据得：r1=0.2m
周期T1=
代入数据得：T1=4×10-5s
当磁场B2=
时，电荷运动的半径：r2=
代入数据得：r2=0.1m
周期T2=
代入数据得：T2=2×10-5s
故电荷从t=0时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图1所示．
t=2×10-5s时刻电荷先沿大圆轨迹运动四分之一周期，然后再沿小圆弧运动半个周期，与P点的水平距离：△d=r1=0.2m；
（3）电荷从第一次通过MN开始，其运动的周期为：T=6×10-5 s，每一个周期内沿PN的方向运动的距离为0.4=40cm，故电荷到达挡板前运动的完整的周期数为2个，沿PN方向运动的距离为80cm，最后25cm的距离如图2所示，设正电荷以α角撞击到挡板上，有：
r1+r2cosα=0.25m
代入数据解得：cosα=0.5，即α=60°
故电荷运动的总时间：t总=t0+2T+
T1+
?T2
代入数据解得：t总=1.42×10-5s
答：（1）电荷进入磁场时的速度为π×104m/s．（2）t=2×10-5s时刻电荷与P点的水平距离为20cm．（3）电荷从O点出发运动到挡板所需的时间为1.42×10-4s．
v0=at0 Eq=ma
解得：v0=
| qE |
| m |
| q |
| m |
| π |
| 10 |
（2）当磁场垂直纸面向外B1=
| π |
| 20 |
| mv0 |
| qB1 |
代入数据得：r1=0.2m
周期T1=
| 2πm |
| qB1 |
代入数据得：T1=4×10-5s
当磁场B2=
| π |
| 10 |
| mv0 |
| qB2 |
代入数据得：r2=0.1m
周期T2=
| 2πm |
| qB2 |
代入数据得：T2=2×10-5s
故电荷从t=0时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图1所示．
t=2×10-5s时刻电荷先沿大圆轨迹运动四分之一周期，然后再沿小圆弧运动半个周期，与P点的水平距离：△d=r1=0.2m；
（3）电荷从第一次通过MN开始，其运动的周期为：T=6×10-5 s，每一个周期内沿PN的方向运动的距离为0.4=40cm，故电荷到达挡板前运动的完整的周期数为2个，沿PN方向运动的距离为80cm，最后25cm的距离如图2所示，设正电荷以α角撞击到挡板上，有：
r1+r2cosα=0.25m
代入数据解得：cosα=0.5，即α=60°
故电荷运动的总时间：t总=t0+2T+
| 1 |
| 4 |
| 30° |
| 360° |
代入数据解得：t总=1.42×10-5s
答：（1）电荷进入磁场时的速度为π×104m/s．（2）t=2×10-5s时刻电荷与P点的水平距离为20cm．（3）电荷从O点出发运动到挡板所需的时间为1.42×10-4s．
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