题目内容
如图所示,在xoy平面内,第Ⅲ象限内的直线OM是电场与磁场的边界,OM与负x轴成45°角。在x<0且OM的左侧空间存在着负x方向的匀强电场,场强E大小为32N/C;在y<0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B大小为0.1T。一不计重力的带负电的微粒,从坐标原点O沿y轴负方向以v0=2×103m/s的初速度进入磁场,最终离开电、磁场区域。已知微粒的电荷量q=5×10-18C,质量m=1×10-24kg,求:
1.带电微粒第一次经过电、磁场边界OM的坐标;
2.带电微粒在磁场区域运动的总时间;
3.带电微粒最终离开电、磁场区域的位置坐标。
1.(-4×10-3m, -4×10-3m)
2.t=T=1.256×10-5s
3.(0, 0.012m)
【解析】(1)带电微粒从O点射入磁场,运动轨迹如图,第一次经过磁场边界上的A点,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得:
……………………………………………………… (2分)
m …………………………………………… …(1分)
A点位置坐标(-4×10-3m, -4×10-3m)…………………………………(2分)
(2)设带电微粒在磁场中做圆周运动的周期为
……………………………………………………………… (2分)
t=tOA+tAC=
………………………………………………… (2分)
代入数据解得t=T=1.256×10-5s ………………………………………… (1分)
(3)微粒从C点沿y轴正方向进入电场,做类平抛运动
……………………………………………………………… (1分)
…………………………………………………… (2分)
……………………………………………………………… (1分)
代入数据解得
………………… ……………………… 1分)
m=0.012m ……………………… (2分)
离开电、磁场时的位置坐标 (0, 0.012m) ………………………… (1分)