题目内容

如图,区域Ⅰ内有与水平方向成45°角的匀强电场E1,区域宽度为d1,区域Ⅱ内有正交的有界匀强磁场B和匀强电场E2,区域宽度为d2,磁场方向垂直纸面向里,电场方向竖直向下.一质量为m、带电量为q的微粒在区域Ⅰ左边界的P点,由静止释放后水平向右做直线运动,进入区域Ⅱ后做匀速圆周运动,从区域Ⅱ右边界上的Q点穿出,其速度方向改变了60°,重力加速度为g,求:
(1)区域Ⅰ和区域Ⅱ内匀强电场的电场强度E1、E2的大小?
(2)区域Ⅱ内匀强磁场的磁感应强度B的大小.
(3)微粒从P运动到Q的时间有多长?
(1)微粒在区域I内水平向右做直线运动,则在竖直方向上有:
qE1sin45°=mg
解得:E1=
2
mg
q

微粒在区域II内做匀速圆周运动,则在竖直方向上有:
mg=qE2
E2=
mg
q

(2)设微粒在区域I内水平向右做直线运动时加速度为a,离开区域I时速度为v,在区域II内做匀速圆周运动的轨道半径为R,则
a=
qE1cos45°
m
=g
v2=2ad1
Rsin60°=d2
qvB=m
v2
R

解得:B=
m
qd2
3gd1
2

(3)微粒在区域I内作匀加速运动,t1=
2d1
g

在区域II内做匀速圆周运动的圆心角为600,则
T=
2πm
qB

t2=
T
6
=
πl2
3
2
3gd1

解得:t=t1+t2=
2d1
g
+
πd2
3
2
3gd1

答:(1)区域I和区域II内匀强电场的电场强度E1、E2的大小分别为
2
mg
q
和
mg
q
;
(2)区域II内匀强磁场的磁感应强度B的大小为
m
qd2
3gd1
2
.
(3)微粒从P运动到Q的时间为
2d1
g
+
πd2
3
2
3gd1
.
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