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.
(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=
teE m
联立解得,E=
m3 v 20 3eL
(2)电子在电场中做类平抛运动过程,
y1=
?1 2
t2eE m
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=
L3 2
(3)电子进入磁场时的速度为
v=
=v0 cos30°
v02 3 3
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=mv2 R
解得,B0=
(n=0,1,2,…)(2n+1)
mv03 3eL
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=
(n=0,1,2,…)2
πL3 3(2n+1)v0
(1)0≤x≤L区域内匀强电场的场强大小是
;
m3 v 20 3eL
(2)A点的纵坐标yA是
L;3 2
(3)磁场的磁感应强度B的可能值
(n=0,1,2,…),磁场的变化周期T为(2n+1)
mv03 3eL
(n=0,1,2,…).2
πL3 3(2n+1)v0