问题 问答题

如图所示,在xOy平面内的第一象限内存在沿Y轴正方向的匀强电场,在第四象限存在有界的磁场,磁感应强度B=9.0×10-3T,有一质量为m=9.0×10-31kg,电量为e=1.6×10-19C的电子以v0=2.0×107m/s的速度从Y轴的p点(0,2.5

3
cm)沿X轴正方向射入第一象限,偏转后从X轴的Q点射入第四象限,方向与X轴成60°角,在磁场中偏转后又回到Q点,方向与X轴也成60°角.不计电子重力,求:

(1)OQ之间的距离及电子通过Q点的速度大小.

(2)若在第四象限内的磁场的边界为直线边界,即在虚线Y=Y0的下方有磁场,如图中所示.求Y0的坐标.

(3)若在第四象限内的磁场为圆形边界的磁场,圆形边界的磁场的圆心坐标的范围.

答案

(1)电子在电场做类平抛运动,在Q点速度方向与X轴成600角,故

v=

v0
cos60°
=4.0×107m/s

又由平抛规律:

x=v0t

y=

vy
2
t

其中:

vy=v0tan60°

解得:x=5cm

(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,故有:

qvB=m

v2
R

得:R=

mv
qB
=
9×10-31×4×107
1.6×10-19×9×10-3
m=1.25cm

由几何关系可知,电子回到Q点有:

y0=Rsin60°tan60°

解得:y0=3.75cm

(3)由于在磁场中偏转后又回到Q点,方向与X轴也成60°角.其运动轨迹如图:

由几何关系可知,圆形磁场的圆心在Q点的正下方,即:x=5cm

圆形磁场应与电子轨迹有公共弦,同时只要磁场半径r大于R即可,故磁场圆心y轴的最小坐标为:

y=y0+Rcos60°=5cm

圆形磁场在第四象限,磁场半径应小于5cm,由几何关系可知,磁场圆心y轴的最大坐标为:

y=y0+

r2+(Rcos30°)2
=
15+5
13
4
cm

即圆形磁场的圆心的坐标应满足:

x=5cm

15+5
13
4
cm≤y<-5cm

答:

(1)OQ之间的距离为5cm,电子通过Q点的速度大小为4.0×107m/s

(2)Y0的坐标y0=3.75cm

(3)圆形边界的磁场的圆心坐标的范围即圆形磁场的圆心的坐标应满足:x=5cm,

15+5
13
4
cm≤y<-5cm

单项选择题
单项选择题 A2型题