题目内容
(16分)如图所示,竖直平面内有一直角坐标系,在y轴的右侧存在无限大的、场强大小为E、水平向左的匀强电场,在y轴的左侧同时存在一个垂直纸面向外、磁感应强度大小为B、水平宽度为a的匀强磁场Ⅰ.有一不计重力、带正电、比荷为
的粒子由+x轴上某一位置无初速度释放.
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(1)若其恰好经过磁场Ⅰ左边界上P点
,求粒子射出磁场Ⅰ的速度v1的大小;
(2)若其恰好经过y轴上的Q点
,求粒子从释放开始第一次到达Q所用的时间;
(3)若匀强磁场Ⅰ左侧同时存在一个垂直纸面向里、磁感应强度大小也为B的无限大匀强磁场Ⅱ,要使粒子第二次沿+x方向运动时恰经过y轴上的M点
,试求其在+x轴上无初速度释放时的位置坐标.
(1)
;(2)
其中
;(3)
。
【解析】
试题分析:(1)粒子在电场中加速后射入磁场Ⅰ,在磁场Ⅰ中发生偏转,如下图所示,
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由几何关系可知
(1分)
可知粒子在磁场中的轨迹半径
(1分)
由牛顿第二定律得:
(1分)
故射出磁场的速度
(1分)
(2)粒子从释放开始到第一次到达Q点,可能轨迹如下图所示,
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由几何关系可知:
,其中
(2分)
故![]()
粒子在磁场中
,![]()
粒子在电场中做匀加速直线运动
, 解得
(1分)
粒子在磁场中做匀速圆周运动,通过一个半圆的时间为![]()
从释放开始一直第一次到达Q所用的时间
(2分)
解得
其中
(1分)
(特别注明:没有考虑周期性,解得n=1时的正确答案只给2分)
(3)要使粒子第二次沿+x方向运动时恰经过y轴上的M点
,轨迹如下图。
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如右图所示,在
中 O1O2=2r3,O2D=2a,O1D=r3+a
由几何关系可知
(2分)
解得
(1分)
又
,粒子在电场中做匀加速直线运动
(2分)
在+x轴上无初速度释放时的位置坐标
(1分)
考点:带电粒子在组合场中的运动。