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.

质子的运动轨迹如图
(1)质子的轨迹半径为R=
C点的坐标为xc=-R(1+)=-(1+)
(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=
(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,
由于粒子的轨迹是圆弧,所以:
=2R=
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′=••t′2
解得,t′=t.
所以:=v0t′=v0t
代人数据得:=(1+)++v0t=(3+)+v0t
故F点的坐标为:([-(3+)+v0t],0)
答:(1)C点的坐标是 [-(1+),0].
(2)匀强电场的场强大小E=,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:([-(3+)+v0t],0)

