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)。
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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)
而 ![]()
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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