问题 问答题

在图示区域中,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,x轴下方有一匀强电场.现有一质子以速度v0由y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场,质子在磁场中运动一段时间后从C点与x轴成45°角进入匀强电场区域,经时间t原路返回再次进入磁场继续运动.己知质子质量为m,电最为q,不计重力,磁场区域和电场区域足够大.求:

(1)C点的x坐标;

(2)匀强电场的场强大小和方向;

(3)质子第四次穿过x轴时的x坐标.

答案

质子的运动轨迹如图

(1)质子的轨迹半径为R=

mv0
qB

C点的坐标为xc=-R(1+

2
2
)=-
mv0
qB
(1+
2
2
)

(2)粒子在电场中做直线运动,并且经时间t原路返回再次进入磁场,根据运动的对称性可知,返回磁场时的速度与出磁场时的速度大小相等,方向相反;

所以电场的方向必定与x轴负方向成45°角,斜向上.

根据动量定理可得-qEt=-mv0-mv0

所以:E=

2mv0
qt

(3)质子第二次穿越χ轴后,在磁场中作圆周运动,运动的半径与第一次时相同,轨迹如图,

由于粒子的轨迹是

1
4
圆弧,所以:

.
CD
=2R=
2mv0
qB

质子第三次穿越χ轴后,在电场中作类平抛运动,由于V0与χ负方向成45°角,所以第四次穿越x轴时沿v0方向的位移与垂直于v0方向的位移大小相等,即:

v0t′=

1
2
qE
m
•t2

解得,t′=t.

所以:

.
DF
=
2
v0t′=
2
v0t

代人数据得:

.
OF
=
mv0
qB
(1+
2
2
)+
2mv0
qB
+
2
v0t=
mv0
qB
(3+
2
2
)+
2
v0t

故F点的坐标为:([-

mv0
qB
(3+
2
2
)+
2
v0t],0)

答:(1)C点的坐标是 [-

mv0
qB
(1+
2
2
),0].

(2)匀强电场的场强大小E=

2mv0
qt
,方向与x轴负方向成45°角,斜向上.

(3)质子第四次穿越χ轴时的坐标为:([-

mv0
qB
(3+
2
2
)+
2
v0t],0)

单项选择题
判断题