题目内容
如图所示,在直角坐标系的第Ⅰ象限0≤x≤4m区域内,分布着电场强度E=
×106N/C的匀强电场,方向竖直向上;第Ⅱ象限中的两个直角三角形区域内,分布着磁感应强度大小均为B=5.0×10-2T的匀强磁场,方向分别垂直于纸面向外和向里.质量为m=1.6×10-27kg、电荷量为q=+3.2×10-19C的带电粒子(不计粒子的重力),从坐标点M(-4m,
m)处,以
×107m/s的速度平行于x轴向右运动,并先后通过匀强磁场区域和匀强电场区域.
(1)求带电粒子在磁场中的运动半径r;
(2)求粒子在两个磁场及电场区域偏转所用的总时间;
(3)求出粒子在经过y轴和直线x=4m的纵坐标.
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(1)带电粒子在磁场中偏转,由洛伦兹力提供向心力qvB=
解得r=![]()
代入数据得r=
m
(2)带电粒子在磁场中的运动周期
T=
=
=6.28×10-7s
带电粒子在磁场中的运动时间t1=T/4=1.57×10-7s
带电粒子在电场中的运动时间
t2=
=
s=2
×10-7s=2.83×10-7s
带电粒子在磁场和电场中偏转所用的总时间
t=t1+t2=4.40×10-7s
(3) 通过分析可知,粒子在方向向外的磁场中恰好沿顺时针方向运动了1/8周,下移了(
-1)m;由对称性可知粒子在方向向里的磁场中恰好沿逆时针方向运动了1/8周,又下移了(
-1)m;故轨迹与y轴交点的纵坐标y1=
-2(
-1)=2-
(m),在电场中竖直方向加速度a=
=
/4×1014m/s2
轨迹与直线x=4交点的纵坐标y2=y1+
at
=(2-
)m+
×
/4×1014×(2
×10-7)2m=2m
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