题目内容

(16分)如图所示,坐标平面的第Ⅰ象限内存在大小为E、方向水平向左的匀强电场,第Ⅱ象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。足够长的挡板MN垂直x轴放置且距原点O的距离为d。一质量为m、带电量为-q的粒子若自距原点O为L的A点第一次以大小为v0,方向沿y轴正方向的速度进入磁场,则粒子恰好到达O点而不进入电场。现该粒子仍从A点第二次进入磁场,但初速度大小为2v0,为使粒子进入电场后能垂直打在挡板上,求粒子(不计重力)在A点第二次进入磁场时:

(1)其速度方向与x轴正方向之间的夹角。

(2)粒子到达挡板上时的速度大小及打到挡板MN上的位置到x轴的距离.

(16分)设速度为v0时进入磁场后做圆周运动的半径为r

       有        得r== 

设速度为2v0时进入磁场做圆周运动的半径r′

       得r′==L      

       设其速度方向与x轴正方向之间的夹角为θ

       由图中的几何关系有:cosθ==                  

       得θ=45°或θ=135°                         (8分)

(2)为使粒子进入电场后能垂直打在挡板上,则要求粒子进入电场时速度方向与x轴正方向平行,如图所示。粒子进入电场后由动能定理有

       qEd=mv′2 -m(2v0)2       得v′=     

       当θ1=45°时,粒子打到挡板MN上的位置到x轴的距离为

       y1=r′-r′sin45°=(-1)L       

       当θ2=135°时,粒子打到挡板MN上的位置到x轴的距离为

       y2=r′+ r′sin45°=(+1)L             (8分)

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