题目内容

如图所示,在直角坐标系xOy平面的第Ⅱ象限内有半径为R的圆O1分别与x轴、y轴相切于C(-R,0)、D(0,R) 两点,圆O1内存在垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.与y轴负方向平行的匀强电场左边界与y轴重合,右边界交x轴于G点,一带正电的粒子A(重力不计)电荷量为q、质量为m,以某一速率垂直于x轴从C点射入磁场,经磁场偏转恰好从D点进入电场,最后从G点以与x轴正向夹角为45°的方向射出电场.求:

(1)OG之间的距离;

(2)该匀强电场的电场强度E

(3)若另有一个与A的质量和电荷量相同、速率也相同的粒子A′,从C点沿与x轴负方向成30°角的方向射入磁场,则粒子A′再次回到x轴上某点时,该点的坐标值为多少?

解:(1)设粒子A速率为v0 ,其轨迹圆圆心在O点,故A运动至D点时速度与y轴垂直,粒子A从D至G作类平抛运动,令其加速度为a ,在电场中运行的时间为t

则有       ① (2分)

       ②(2分)

联立①②解得

       ③(1分)

(2)粒子A的轨迹圆半径为R ,由       ④(2分)

       ⑤(1分)   

联立①③⑤得       ⑥(2分)

解得      ⑦(1分)

(3)令粒子A’ 轨迹圆圆心为O’ ,因为∠O’ CA’ =90°,O’C=R,以 O’为圆心,       R为半径做A’ 的轨迹圆交圆形磁场O1于H点,则四边形CO’ H O1为菱形,故O’ H∥y轴,粒子A’ 从磁场中出来交y轴于I点,HI⊥O’ H,所以粒子A’ 也是垂直于y轴进入电场的    

令粒子A’ 从J点射出电场,交x轴于K点,因与粒子A在电场中的运动类似,

∠JKG=45°,GK=GJ。                                     (2分)

OI-JG=R又OI=R+Rcos30°解得JG=Rcos30°=R           (3分)

粒子A’再次回到x轴上的坐标为(,0)            (2分)

 


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