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?
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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)
和
②(2分)
联立①②解得
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故
③(1分)
(2)粒子A的轨迹圆半径为R ,由
得
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)