题目内容

【题目】如图所示的空间分为三个区域,各边界面相互平行,区域存在匀强电场,电场强度E=1.0×104V/m,方向垂直边界面向右,区域存在匀强磁场,磁场的方向分别为垂直纸面向外和垂直纸面向里,磁感应强度分别为B1=2B2=2.0T.三个区域宽度分别为d1=5.0md2=2.5md3=5.0m,一质量m=1.6×109kg、电荷量q=+1.6×106C的粒子从O点由静止释放,粒子的重力忽略不计.求:

(1)粒子离开区域时的速度大小v

(2)粒子在区域内运动时间t

(3)粒子离开区域时速度与边界面的夹角α

【答案】(1)粒子离开区域时的速度大小v1.0×104m/s

(2)粒子在区域内运动时间t2.6×104s

(3)粒子离开区域时速度与边界面的夹角α90°

【解析】

(1)粒子在电场中做匀加速直线运动,由动能定理有:

代入数据解得:

v=1.0×104m/s

(2)设粒子在磁场B1中做匀速圆周运动的半径为r,则有:

代入数据解得:

r=5m

设在区内圆周运动的圆心角为θ,则有:

代入数据解得:

粒子在区运动时间为:

(3)设粒子在区做圆周运动道半径为R,则有:

代入数据解得:

R=10m

粒子运动轨迹如图所示,由几何关系可知MNP为顶角为30°的直角三角形;粒子离开区域时速度与边界面的夹角α=90°

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