题目内容

如图所示的区域中,左边为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B,右边是一个电场强度大小未知的匀强电场,其方向平行于OC且垂直于磁场方向.一个质量为m、电荷量为-q 的带电粒子从P孔以初速度V0沿垂直于磁场方向进人匀强磁场中,初速度方向与边界线的夹角θ=60°,粒子恰好从C孔垂直于OC射入匀强电场,最后打在Q点,已知OQ=2OC,不计粒子的重力,求:
( l )粒子从P运动到Q所用的时间 t.
( 2 )电场强度 E 的大小.
( 3 )粒子到达Q点时的动能EkQ.
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(1)画出粒子运动的轨迹如图示的三分之一圆弧
(O1为粒子在磁场中圆周运动的圆心):∠PO1C=120°
设粒子在磁场中圆周运动的半径为r,
qv0B=m
v02
r
r=
mv0
qB

r+rcos 60°=OC=x   
所以 OC=x=
3
2
r 
粒子在磁场中圆周运动的时间t1=
1
3
T=
2
3
π m
qB

粒子在电场中类平抛运动 
OQ=2x=3r
t2=
2x
v0
=
3r
v0
=
3m
qB

粒子从P运动到Q所用的时间t=t1+t2=(3+
2
3
π)
 m
qB
 
(2)粒子在电场中类平抛运动x=
1
2
a
t22
=
1
2
qE
m
t22
 
解得E=
1
3
Bv0

(3)由动能定理EKQ-
1
2
m
v20
=qEx
    
解得粒子到达Q点时的动能为EKQ=mv02
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