题目内容

在水平面内建立如图所示的直角坐标系,y>0的区域称为区域一,y<0的区域称为区域二,其中一个区域内只有大小为
2
×103V/m
且平行于水平面的匀强电场,另一个区域内只有方向垂直水平面的匀强磁场.把一个荷质比为
q
m
=2×106C/kg的正电荷从坐标为(0,-0.l)的A点处由静止释放,电荷以一定的速度从坐标为(0.1,0)的C点第一次经x轴进入区域一,经过一段时间从坐标原点O再次回到区域二.
(1)指出哪个区域是电场、哪个区域是磁场以及电场和磁场的方向.
(2)求磁感应强度的大小.
(3)求电荷第三次经过x轴的位置.
分析:(1)根据题意:粒子的运动轨迹,从而来确定电场与磁场的区域及各自的方向;
(2)根据粒子在电场力从静止开始做匀加速直线运动,由运动学公式与牛顿第二定律及向心力、洛伦兹力表达式,并借助于几何关系即可求解;
(3)根据粒子第二次经过x轴进入区域二,速度方向与电场方向垂直,在电场中做类平抛运动,由处理规律可列出表达式,从而确定位移与时间及速度的关系,从而即可求解.
解答:解:(1)区域一是磁场,方向垂直纸面向里,区域二是电场,方向由A指向C.
(2)设磁感应强度的大小为B,电荷从C点进入区域一的速度为v.
从A到C电荷做初速度为零的匀加速直线运动,且过C点时速度方向与+x轴方向成45°角,
有v2=2as… ①
Eq=ma…②
电荷进入区域一后,在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动,运动轨迹如图,有:
qvB=m
v2
r
…③
由题意及几何关系:
S=
2
.
OA
=
2
10
m
…④
r=
2
2
.
OC
=
2
20
m
…⑤
由①②③④⑤可得:B=0.2T…⑥
(3)电荷从坐标原点O第二次经过x轴进入区域二,速度方向与电场方向垂直,电荷在电场中做类平抛运动,设经过时间t电荷第三次经过x轴,有:
tan45°=
1
2
at2
vt
…⑦
解得,t=2×10-5s
所以:x=
vt
cos45°
… ⑧
解得:x=0.8m
即电荷第三次经过x轴上的点坐标为(0.8,0)
答:(1)区域一是磁场,方向垂直纸面向里,区域二是电场,方向由A指向C.
(2)则磁感应强度的大小为0.2T.
(3)则电荷第三次经过x轴的位置为(0.8,0).
点评:本题掌握粒子在磁场中做匀速圆周运动处理规律,在电场中做类平抛运动的处理规律,及借助于牛顿第二定律来列式,同时还体现了几何关系的重要性.
练习册系列答案
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