题目内容

如图所示,在直角坐标系x轴上方有与x轴成45°角的匀强电场,场强大小E=103V/m,在x轴下方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度B=1T。现从y轴上距坐标原点L=1Ocm处由静止释放一比荷为的带正电的微粒A,不计微粒的重力。求:

⑴微粒进入磁场后在磁场中运动的轨道半径;

⑵从释放微粒到微粒第一次从磁场返回电场所用时间;

⑶若在A第一次返回电场的同时,在电场中适当的位置由静止释放另一与A完全相同的带电微粒B,可使两微粒在进入磁场前相遇。求出所有满足条件的释放点的轨迹方程(不计两微粒之间的库仑力)。

 

 

 

 

 

 

解:⑴微粒在进入磁场前做匀加速运动,设微粒质量为m,带电量为q,进入磁场时速度为v,则:

…………………………………⑴(2分)

微粒进入磁场后做匀速圆周运动,设轨道半径为R,则:

………………………   ⑵(2分)

代入数值可解得:

m………………………   ⑶(2分)

⑵由此可作出微粒的运动轨迹如图所示。微粒在磁场中运动3/4圆周后从P点进入电场。设微粒从释放到进入电场之前所用时间为t,则:

…………………………   ⑷(2分)

…………………………    ⑸(2分)

代入数值可得:s………………………… ⑹(2分)

⑶微粒从P点进入磁场后做类平抛运动,设微粒再次进入磁场时距坐标原点为x,如图所示,则:

……………………………………………   ⑺(2分)

…………………………………………………   ⑻(2分)

代入数值可解得m ………………………………………  ⑼(1分)

由于微粒B与A完全相同,所以只需在微粒离开磁场时速度方向的直线上的PQ范围内任一点释放微粒B,可保证两者在进入磁场前相碰。即在直线

y=x +10 …………………………………………  ⑽(2分)

上式任意一点释放微粒B都能满足要求。

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