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:

(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

 

【答案】

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) 

 

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