题目内容
(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30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小.
分析:(1)根据洛伦兹力提供圆周运动的向心力列式求解即可;
(2)根据几何关系作出轨迹知质子垂直电场方向进入电场,进入点与y轴的距离为r,再根据类平抛运动求质子到达y轴的时间;
(3)同样由几何关系作出质子进入电场的位置,进入电场后根据动能定理求质子进到达y轴时的速度大小.
(2)根据几何关系作出轨迹知质子垂直电场方向进入电场,进入点与y轴的距离为r,再根据类平抛运动求质子到达y轴的时间;
(3)同样由几何关系作出质子进入电场的位置,进入电场后根据动能定理求质子进到达y轴时的速度大小.
解答:解:(1)根据题意知,质子进入磁场后在洛伦兹力作用下做半径为r的匀速圆周运动,所以有:
qvB=m
,得到质子圆周运动的速度v=
(2)质子沿x轴下向射入磁场经过
圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场,在磁场中运动周期T=
=
,在磁场中运动的时间t1=
T=
质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后到达y轴,质子在电场中的加速度a=
=
质子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,到达y轴时有r=
a
质子在电场中运动时间t2=
所以沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间t=t1+t2=
+
(3)如图
质子在磁场中转过120°角后从P点垂直于电场线进入电场
P点距y轴的距离x1=r+rsin30°=1.5r ①
由动能定理得:qEx1=
m
-
m
②
由①②得质子到达y轴时的速度v2=
答:(1)质子射入磁场时速度的大小为
;
(2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间为
+
;
(3)与x轴正方向成30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小为
.
qvB=m
| v2 |
| r |
| qBr |
| m |
(2)质子沿x轴下向射入磁场经过
| 1 |
| 4 |
| 2πr |
| v |
| 2πm |
| qB |
| 1 |
| 4 |
| πm |
| 2qB |
质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后到达y轴,质子在电场中的加速度a=
| F |
| m |
| qE |
| m |
质子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,到达y轴时有r=
| 1 |
| 2 |
| t | 2 2 |
质子在电场中运动时间t2=
|
所以沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间t=t1+t2=
| πm |
| 2qB |
|
(3)如图
质子在磁场中转过120°角后从P点垂直于电场线进入电场
P点距y轴的距离x1=r+rsin30°=1.5r ①
由动能定理得:qEx1=
| 1 |
| 2 |
| v | 2 2 |
| 1 |
| 2 |
| v | 2 1 |
由①②得质子到达y轴时的速度v2=
|
答:(1)质子射入磁场时速度的大小为
| qBr |
| m |
(2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间为
| πm |
| 2qB |
|
(3)与x轴正方向成30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小为
|
点评:洛伦兹力提供圆周运动向心力,根据轨迹关系求出质子进入磁场中的速度方向,再根据速度关系求出质子在电场中做何种运动,然后根据运动性质求解.
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