题目内容

如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为Bx轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ为450且斜向上方。现有一质量为m电量为q的正离子,以速度v0y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场,该离子在磁场中运动一段时间后从x轴上的C点(图中未画出)进入电场区域,该离子经C点时的速度方向与x轴夹角为450。不计离子的重力,设磁场区域和电场区域足够大。求:

(1)C点的坐标;

(2)离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间;

(3)离子第四次穿越x轴时速度的大小及速度方向与电场方向的夹角。

(1)

(2)

(3)


解析:

(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做圆周运动,故有

,(1分)              (1分)

粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知,

      (2分)

故,C点坐标为       (1分)

(2)设粒子从AC的时间为t1,由题意知:         (1分)

设粒子从进入电场到返回C的时间为t2,其在电场中做匀变速运动,有

         (2分)    

联立⑥⑦解得        (1分)         

设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为t3,由题意知   (1分)

故而,设粒子从A点到第三次穿越x轴的时间为

       (1分)

(3)粒子从第三次过x轴到第四次过x轴的过程是在电场中做类似平抛的运动,即沿着v0的方向(设为x′轴)做匀速运动,即         (1分)

沿着E的方向(设为y′轴)做初速为0的匀变速运动,即

,           (2分)

设离子第四次穿越x轴时速度的大小为v,速度方向与电场方向的夹角为α.

由图中几何关系知

                    

解得                 (4分)

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