题目内容

在如图所示的xoy坐标系中,y>0的区域内存在着沿y轴正方向、场强为E的匀强电场,y<0的区域内存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的P(0,h)点以沿x轴正方向的初速度射出,恰好能通过x轴上的D(d,0)点。已知带电粒子的质量为m,带电量为 – q。h、d、q均大于0,不计重力的影响。

    (1)若粒子只在电场作用下直接到达D点,求粒子初速度的大小v0

    (2)若粒子在第二次经过x轴时到达D点,求粒子初速度的大小v0

    (3)若粒子在从电场进入磁场时到达D点,求粒子可能具有的初速度的大小v0

(1)粒子只在电场作用下直接到达D点

设粒子在电场中运动的时间为t,

粒子沿x方向做匀速直线运动,则 x=v0 t                 ①  (1分)

沿y方向做初速度为0的匀加速直线运动,则 h=    ②  (1分)

加速度                                       ③  (1分)

粒子只在电场作用下直接到达D点的条件为   x=d        ④  (1分)

解①②③④得                   (2分)

(2)粒子在第二次经过x轴时到达D点,其轨迹如图所示。设粒子进入磁场的速度大小为v,v与x轴的夹角为θ,轨迹半径为R,则

    vsinθ = a t        ⑤          (1分)

          ⑥          (2分)

    粒子第二次经过x轴时到达D点的条件为

    x-2Rsinθ = d     ⑦          (2分)

    解①②③⑤⑥⑦得

    +            (2分)

    (3)粒子在从电场进入磁场时到达D点,其轨迹如图4所示。

根据运动对称性可知QN=2OM=2 x              (2分)

粒子在从电场进入磁场时到达D点的条件为

x+n(2x-2Rsinθ) = d     ⑧           (3分)

其中n为非负整数。

解①②③⑤⑥⑧得+  (3分)


解析:

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