题目内容

空间中存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,一电荷量为+q、质量为m的粒子,在P点以某一初速开始运动,初速方向在图中纸面内如图11-18中P点所示,该粒子运动到图中Q点时速度方向与P点速度方向垂直,如图中Q点箭头所示,已知P、Q之间的距离为l,若保持粒子在P点时的速度不变,而将匀强磁场换成匀强电场,电场方向与纸面平行且与粒子在P点时的速度方向垂直,在此电场作用下粒子也由P点运动到Q点.不计重力.求:

图11-18

(1)电场强度的大小;

(2)两种情况下粒子由P点运动到Q点所经历的时间之差.

解析:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,以v0表示粒子在P点的初速度,R表示圆周的半径,即有

qv0B=m                                                                  ①

由于粒子在Q点的速度垂直于它在P点时的速度,可知粒子由P点到Q点的轨迹为圆周,故有

R=                                                                     ②

以E表示电场强度的大小,a表示粒子在电场中加速度的大小,tE表示粒子在电场中由P点运动到Q点经过的时间,则有

qE=ma                                                                      ③

R=atE2                                                                    ④

R=v0tE                                                                      ⑤

由以上各式,得

E=.                                                                 ⑥

(2)因粒子在磁场中由P点运动到Q点的轨迹为圆周,故运动经历的时间tB为圆周运动周期T的,即有tB=14T                                                   ⑦

而T=                                                                  ⑧

由⑦⑧和①式得tB=

由①⑤两式得tE=

tB-tE=(-1).

答案:(1)  (2)(-1)

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