题目内容


半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,在y=R的虚线上方足够大的范围内,有方向水平向左的匀强电场,电场强度为E,从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内,且质子在磁场中的偏转半径也为R,已知质子的电荷量为q,质量为m, 不计重力、粒子间的相互作用力及阻力,求:

①质子射入磁场时速度的大小;

②沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;

③与x轴正方向成300角(如图所示)射入的质子,达到y轴的位置坐标.


【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.I3 K2

【答案解析】(1)  (2)  (3) ().解析:解:(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动,有

     解得  

(2)质子沿x轴正向射入磁场,经圆弧后以速度垂直于电场方向进入电场.

在磁场中运动的时间  

进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动R后到达y轴

因此有       

解得                   

所求时间 

(3)质子磁场中转过1200角后从P点垂直于电场线进入电场,如图所示.

P点距y轴的距离

在电场中              

得质子到达轴所需时间为  

在方向质子做匀速直线运动,有

      

质子到达y轴的位置坐标为().

【思路点拨】(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,由牛顿第二定律求速度.(2)质子沿x轴正向射入磁场后经圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场,在磁场中运动的时间t1=T;进入电场后做类平抛运动,由运动学公式求电场中运动的时间,即可求得总时间.(3)若质子速度方向与x轴正方向成30°角射入磁场,在磁场中转过120°角后从P点垂直电场线进入电场,画出轨迹,由几何关系的运动学公式结合求出到达y轴的位置坐标.本题主要考查了带电粒子在电场和磁场中的运动情况和基本公式,学会运用几何关系求解相关物理量,属于中等难度的题目.


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