题目内容
如图所示,在xoy平面内,O点即为坐标原点,x>0的区域存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B=0.4T;x<0的区域存在沿x轴负方向的匀强电场。现有一质量为m=6.0×10-9kg,带电荷量为q=3.0×10-7C的负粒子从x轴正方向上的M点以速度v0=20m/s进入磁场,v0与x轴正方向的夹角θ=45°,M点与O点相距为l=
m。已知粒子再次通过x轴时速度方向恰好与x轴垂直。不计粒子重力。求:
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(1)粒子穿过y轴正半轴的位置以及穿过y轴正半轴时速度与y轴的夹角;
(2)x<0区域电场的场强;
(3)试问粒子能否经过坐标原点O?若不能,请说明原因;若能,请求出粒子从M点运动到O点所经历的时间
略
【解析】解:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动时,由洛伦兹力提供向心力
Bqv0=mv02/R
得:
(2分)
过M点做初速度v0的垂线交y轴正方向于P点,则PM=l/cos45°
得:PM=2 m=2R (1分)
由几何关系得PM为轨迹圆的直径,P点即为粒子穿过y轴正半轴的位置
(1分)
即P点的位置坐标(0,
)
由圆的对称性得粒子经过此处时的速度与y轴夹角为θ=45°. (2分)
(2)设粒子由P点到N点历时t1,则:
x轴方向:v0sin45°-Eqt1/m=0 (2分)
y轴方向:v0t1cos45°=OP (2分)
联立求解,代入数据得:t1=0.1 s (1分)
(1分)
(3)粒子能到达O点 (2分)
粒子在磁场中的运动周期为:T=2πm/Bq (1分)
从M点运动到O点经过的轨迹如图
经历的时间为:t=T/2+3T/4+2t1 (2分)
代入数据得:
t=(π/8+0.2) s≈0.59 s. (1分)