问题 问答题

如图在xoy坐标系第Ⅰ象限,磁场方向垂直xoy平面向里,磁感应强度大小均为B=1.0T;电场方向水平向右,电场强度大小均为E=

3
N/C.一个质量m=2.0×10-7kg,电荷量q=2.0×10-6C的带正电粒子从x轴上P点以速度v0射入第Ⅰ象限,恰好在xoy平面中做匀速直线运动. 0.10s后改变电场强度大小和方向,带电粒子在xoy平面内做匀速圆周运动,取g=10m/s2.求:

(1)带电粒子在xoy平面内做匀速直线运动的速度v0大小和方向;

(2)带电粒子在xoy平面内做匀速圆周运动时电场强度的大小和方向;

(3)若匀速圆周运动时恰好未离开第Ⅰ象限,x轴上入射P点应满足何条件?

答案

(1)如图粒子在复合场中做匀速直线运动,设速度v0与x轴夹角为θ,依题意得:

重力mg=2.0×10-6N,电场力F=Eq=2

3
×10-6N

洛伦兹力:f=

(qE)2+(mg)2
=4.0×10-6N

由f=qvB得  v0=2 m/s

tanθ=

qE
mg
3

所以:θ=60°

速度v0大小2m/s,方向斜向上与x轴夹角为60°

(2)带电粒子在xOy平面内做匀速圆周运动时,电场力F必须与重力平衡,洛伦兹力提供向心力.故电场强度:E=

mg
q
=1N/C,方向竖直向上.

(3)如图带电粒子匀速圆周运动恰好未离开第1象限,圆弧左边与y轴相切N点;

PQ匀速直线运动,PQ=v0t=0.2 m

洛伦兹力提供向心力:qv0B=m

v20
R
,整理并代入数据得R=0.2m

由几何知识得:OP=R+Rsin60°=PQcos60°=0.27m

故:x轴上入射P点离O点距离至少为0.27m

答:(1)带电粒子在xoy平面内做匀速直线运动的速度v0大小2m/s,方向斜向上与x轴夹角为60°

(2)带电粒子在xoy平面内做匀速圆周运动时电场强度的大小1N/C,方向竖直向上.

(3)若匀速圆周运动时恰好未离开第Ⅰ象限,x轴上入射P点距离至少为0.27m

单项选择题
单项选择题