如图所示,在直角坐标系 xoy 的第一象限内存在沿 y 轴负方向、场强为 E 的匀强电场,在第四象限内存在垂直纸面向外、磁感应强度为 B 的匀强磁场,在磁场与电场分界线的 x 轴上有一无限大的薄隔离层.一质量为 m、电量为+q、初速度为零的带电粒子,从坐标为( x 0,y 0)的 P 点开始被电场加速,经隔离层垂直进入磁场,粒子每次穿越隔离层的时间极短,且运动方向不变,其穿越后的速度是每次穿越前速度的 k 倍( k<1).不计带电粒子所受重力.求:
(1)带电粒子第一次穿越隔离层进入磁场做圆周运动的半径 R 1;
(2)带电粒子第二次穿越隔离层进入电场达到最高点的纵坐标 y1;
(3)从开始到第三次穿越隔离层所用的总时间 t;
(4)若带电粒子第四次穿越隔离层时刚好到达坐标原点 O,则 P 点横坐标 x0与纵坐标 y0应满足的关系.

(1)第一次到达隔离层时速度为v0
qEyo=
mvo2,v0=1 2 2qEy0 m
第一次穿越隔离层后速度为v1=k2qEy0 m
由qv1B=m
,得第一次在磁场中做圆周运动半径为 R1=v12 R1
=mv1 qB 2k2mEy0 qB2
(2)第二次穿越隔离层后速度为v2=k22qEy0 m
-qEy1=0-
mv22,得y1=k4y01 2
(3)由yo=1 2
t02,得第一次到达隔离层的时间为 t0=qE m 2my0 qE
圆周运动的周期T=2πm qB
第一次在磁场中做圆周运动时间为 t1=
=T 2 πm qB
第二次穿越隔离层后到达最高点时间为 t2=
=k 2v2 a 2my0 qE
从开始到第三次穿越隔离层所用总时间
t=t0+t1+2t2=(1+2 k2)
+2y0m qE πm qB
(4)第三次穿越隔离层后的速度为v 3=k 32qEy0 m
第二次在磁场中做圆周运动半径为R2=2k6mEy0 qB2
x0=2R1+2R2=( 2 k+2 k 3)2mEy0 qB2
答:(1)带电粒子第一次穿越隔离层进入磁场做圆周运动的半径为
.2k2mEy0 qB2
(2)带电粒子第二次穿越隔离层进入电场达到最高点的纵坐标y1=k4y0
(3)从开始到第三次穿越隔离层所用的总时间为(1+2 k2)
+2y0m qE
.πm qB
(4)P 点横坐标 x0与纵坐标 y0应满足的关系为:x0=( 2 k+2 k 3)
.2mEy0 qB2