题目内容

14.如图所示,在坐标系xOy平面内,过原点O的虚线MN与y轴成45°角,在MN右侧空间存在着沿y轴负方向的匀强电场,在MN左侧空间存在着磁感应强度为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场.一质量为m、带电量为+q的粒子,从坐标原点O沿y轴负方向以初速度v0射入磁场区,在磁场中运动一段时间后进入电场区.已知电场强度E=2Bv0,不计重力,求:
(1)带电粒子从磁场区域射出时的位置坐标;
(2)带电粒子从磁场区域射出到抵达x轴的时间及通过x轴时的位置坐标.

分析 (1)根据牛顿第二定律求出半径,由几何关系求出负电粒子从磁场区域射出时的位置坐标
(2)粒子进入电场区域后做类平抛运动,根据类平抛运动规律求解

解答 解:(1)带负电的粒子由洛伦兹力提供向心力:
$q{v}_{0}^{\;}B=m\frac{{v}_{0}^{2}}{R}$
得:$R=\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB}$
由几何关系可知带负电粒子从磁场区域射出时的位置坐标为$(\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB},-\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB})$
(2)粒子进入电场区域后,做类平抛运动有:
$x′={v}_{0}^{\;}t$
$y′=\frac{1}{2}a{t}_{\;}^{2}$
$a=\frac{Eq}{m}=\frac{2q{v}_{0}^{\;}B}{m}$
由几何关系知,粒子通过x轴时竖直方向上的位移为y′=R
联立可解得:$t=\frac{m}{qB}$
$x′=\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB}$
由此可知带负电粒子通过x轴时的位置坐标为:$(\frac{2m{v}_{0}^{\;}}{qB},0)$
答:(1)带电粒子从磁场区域射出时的位置坐标$(\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB},-\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qB})$;
(2)带电粒子从磁场区域射出到抵达x轴的时$\frac{m}{qB}$间及通过x轴时的位置坐标$(\frac{2m{v}_{0}^{\;}}{qB},0)$

点评 解决本题要注意两点:一要仔细分析微粒的运动情况,二要明确运动轨迹,分析清楚运动过程后,应用牛顿第二定律、类平抛运动的规律即可正确解题.

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