题目内容
24.如图所示,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y<0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外。一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上y=h处的点P1时速率为v0,方向沿x轴正方向;然后,经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场,并经过y轴上y=-2h处的P3点。不计重力。求:
(1)电场强度的大小。
(2)粒子到达P2时速度的大小和方向。
(3)磁感应强度的大小。
24.
(1) 粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图所示。设粒子由P1到P2的时间为t,电场强度的大小为E,粒子在电场中的加速度为a,由牛顿第二定律和运动学公式有:
qE=ma ①
v0t=2h ②
h=
at2 ③
由①、②、③式解得
E=
④
(2)粒子到达P2时速度沿x方向的分量仍为v0,以v1表示速度沿y方向分量的大小,v表示速度的大小,θ表示速度和x轴的夹角,则有
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v
=2ah ⑤
v=
⑥
tgθ=
⑦
由②、③、⑤式得
v1=v0 ⑧
由⑥、⑦、⑧式得
v=
v0 ⑨
θ=45° ⑩
(3)设磁场的磁感应强度为B,在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律
qvB=
⑾
r是圆周的半径、此圆周与x轴和y轴的交点为P2、P3,因为OP2=OP3,θ=
,由几何关系可知,连线P2P3为圆轨道的直径,由此可求得
r=
h ⑿
由⑨、⑾、⑿可得:
B=
⒀