题目内容

【题目】平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场),第Ⅲ象存在沿y轴负方向的匀强电场电场强度为E,如图所示。一质量为m,电量为q的带负粒子从电场中的Q点以速度沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距高的2倍。粒子从坐标原点0离开电场进入碰场,最终从x轴上的P点射出碰场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力,问:

(1)粒子到达O点时速度的大小;

(2)匀强磁场的磁感应强度的大小;

(3)带电粒子从Q到P的运动时间。

【答案】(1) (2) (3)

【解析】(1)粒子在电场中由Q到O做类平抛运动,设O点速度v与+x方向夹角为α,Q点到x轴的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,根据类平抛运动的规律,有:

x方向:2L=v0t

y方向:

粒子在电场中运动的加速度:

粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为:vy=at

又:

解得:tanα=1,即α=45°,粒子到达0点时速度方向与x轴方向的夹角为45°角斜向上。

粒子到达0点时的速度大小为

(2)设磁感应强度大小为B,粒子做匀速圆周运动的半径为R,洛伦兹力提供向心力,

有:

根据几何关系可知:

圆心角θ=90°

由以上各式联立可得:

(3)设粒子在磁场中的运动时间为t′,则

周期

解得:

所以带电粒子从Q到P的运动时间为:

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