题目内容

如图所示,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y<0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外.一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上处的点时速率为,方向沿x轴正方向;然后,经过x轴上x=2h处的点进入磁场,并经过y轴上y=-2h处的点.不计重力,求:(1)电场强度的大小;(2)粒子到达时速度的大小和方向;(3)磁感应强度的大小.

答案:略
解析:

思路点拨:粒子垂直进入匀强电场,做类平抛运动,从点垂直进入匀强磁场后做匀速圆周运动,运用运动分解的方法,以及圆周运动的规律,即可求得相应的物理量.

正确解答:(1)粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图所示,设粒子从的时间为t,电场强度的大小为E,粒子在电场中的加速度为a,由牛顿第二定律及运动学公式有

  qE=ma,①

  ,②

  .③

由①、②、③式解得:.④

(2)粒子到达时速度沿x方向的分量仍为,以表示速度沿y方向分量的大小,v表示速度的大小,表示速度和x轴的夹角,则有

  ,  ⑤

  ,  ⑥

   .  ⑦

  由②、③、⑤式得:,  ⑧

  由⑥、⑦、⑧式得:.  ⑨

  .  ⑩

(3)设磁场的磁感应强度为B,在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:.  

式中r是圆周的半径,此圆周与x轴和y轴的交点分别为.因为,由几何关系可知,连线为圆轨道的直径,由此可求得:

.  

由⑨式可得:


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