问题 问答题

如图甲所示,在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场,右侧有个以点(3L,0)为圆心,半径为L的圆形区域,圆形区域与x轴的交点分别为M、N.现有一质量为m,带电量为ec的电子,从y轴上的A点以速度v0沿x轴正方向射入电场,飞出电场后恰能从M点进入圆形区域,速度方向与x轴夹角为30°,电子从M点射入的瞬间在圆形区域加如图乙所示周期性变化的磁场(磁场从t=0时刻开始变化,且以垂直于纸面向外为正方向),电子运动一段时间后从N点飞出,速度方向与x轴夹角也为30°.求:

(1)0≤x≤L区域内匀强电场的场强大小;

(2)A点的纵坐标yA

(3)磁场的磁感应强度B.的可能值及磁场的变化周期T.

答案

 (1)电子在电场中做类平抛运动,运动轨迹如图所示,由速度关系得:由速度关系解得vy=v0tan30°

  水平方向:L=v0t

  竖直方向:vy=

eE
m
t

联立解得,E=

3
m
v20
3eL

(2)电子在电场中做类平抛运动过程,

  y1=

1
2
?
eE
m
t2

电子飞出电场运动到M的过程中做匀速直线运动,则

  y2=Ltan30°

故A点的纵坐标yA=y1+y2=

3
2
L

(3)电子进入磁场时的速度为

   v=

v0
cos30°
=
2
3
3
v0

电子在磁场中运动的轨迹如图乙所示,则几何知识得

  (2n+1)R=2L(n=0,1,2,…)

电子在磁场中由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得

  evB0=m

v2
R

解得,B0=

(2n+1)
3
mv0
3eL
(n=0,1,2,…)

电子在磁场中运动的周期为 T′=

2πm
eB0

由题意得:

T
2
=
T′
6

解得,T=

2
3
πL
3(2n+1)v0
(n=0,1,2,…)

(1)0≤x≤L区域内匀强电场的场强大小是

3
m
v20
3eL

(2)A点的纵坐标yA

3
2
L;

(3)磁场的磁感应强度B的可能值

(2n+1)
3
mv0
3eL
(n=0,1,2,…),磁场的变化周期T为
2
3
πL
3(2n+1)v0
(n=0,1,2,…).

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