问题 问答题

如图所示,在xoy平面内第二象限存在水平向左的匀强电场,场强为E,第一象限和第四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场.有一质量为m,电荷量为e的电子,从x轴上的P点以某一初速度垂直于x轴进入电场,而后经过y轴上A点进入右侧磁场做圆周运动,轨迹交于x轴上的C点,电子在C点的速度垂直于x轴指向y轴负方向,继续运动从y轴上的某点离开磁场.已知P点坐标(-L,0),A点坐标(0,2L),忽略电子所受重力.求:

(1)电子从P点进入电场时的初速度大小;

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;

(3)电子从P点进入电场到离开磁场所经历的时间.

答案

(1)电子在电场中做类平抛运动,

在x轴方向上做初速度为零的匀加速直线运动,

由牛顿第二定律得:eE=ma,

位移:x=L=

1
2
at12

解得:t1=

2mL
eE

在y轴方向上做匀速直线运动,

位移:y=2L=v0t1

解得:v0=

2eEL
m

(2)设电子经过A点时速度的大小为v,

x轴方向分速度:vx=at=

2eEL
m

y轴方向分速度:vy=v0=

2eEL
m

电子进入磁场时的速度:v=

vx2+vy2
=
2
v0=2
eEL
m

设v的方向与y轴夹角为θ,

则有:cosθ=

vy
v
=
2
2
,θ=450

电子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示,

由牛顿第二定律得:evB=m

v2
R

由图中几何关系可知,R=

2L
cosθ
=2
2
L,

解得:B=

mE
2eL

(3)电子在磁场中做匀速圆周运动的周期:T=

2πR
v

解得:T=

2πm
eB
=2π
2mL
eE

电子在磁场中运动的时间为t2,由图中几何关系可知电子转过的圆心角为

2

电子在匀强磁场中的运动时间:t2=

3
4
T=
2
2mL
eE

电子在电场中运动的时间:t1=

2mL
eE

电子的运动时间:t=t1+t2=

2mL
eE
+
2
2mL
eE
=
3π+2
2
2mL
eE

答:(1)电子从P点进入电场时的初速度大小为

2eEL
m

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小为

mE
2eL

(3)电子从P点进入电场到离开磁场所经历的时间为

3π+2
2
2mL
eE

单项选择题
单项选择题