问题 问答题

如图所示,在纸面内建立直角坐标系xOy,以第Ⅲ象限内的直线OM(与负x轴成45°角)和正y轴为界,在x<0的区域建立匀强电场,方向水平向左,场强大小E=0.32V/m;以直线OM和正x轴为界,在y<0的区域建立垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=0.1T,一不计重力的带负电粒子,从坐标原点O沿y轴负方向以v0=2×103m/s的初速度射入磁场,已知粒子的比荷为q/m=5×106C/kg,求:

(1)粒子第一次经过磁场边界时的位置坐标

(2)粒子在磁场区域运动的总时间

(3)粒子最终离开电磁场区域时的位置坐标.

答案

(1)粒子带负电,从O点沿y轴负方向射入磁场,沿顺时针方向做圆周运动.

第一次经过磁场边界上的一点(设为A点),

qv0B=m

v02
r
得:

 r=

mv02
qB
=4×10-3m

所以,A点的坐标为:(-4×10-3m,-4×10-3m)

(2)设粒子在磁场中做圆周运动的周期为T,第二次出磁场的点为C,第二次进入磁场的运动为

3
4
圆周,粒子在磁场中运动的总时间为:

t=tOA+tAC=

1
4
T+
3
4
T

又    T=

2πm
qB
                   

代入数据解得:T=1.265×10-5s,

所以t=1.265×10-5s

(3)粒子从C点沿y轴正方向进入电场,做类平抛运动,则

a=

qE
m

由平抛规律得:

△x=

1
2
at12=2r

△y=v0t1

代入数据解得:△y=0.2m                

 y=△y-2r=0.2m-2×4×10-3m=0.192m  

粒子离开电磁场时的位置坐标为:(0,0.192m).

答:(1)粒子第一次经过磁场边界时的位置坐标:(-4×10-3m,-4×10-3m)

(2)粒子在磁场区域运动的总时间1.265×10-5s

(3)粒子最终离开电磁场区域时的位置坐标(0,0.192m)

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