问题 问答题

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.

答案

(1)第一次到达隔离层时速度为v0

qEyo=

1
2
mvo2,v0=
2qEy0
m

第一次穿越隔离层后速度为v1=k

2qEy0
m

由qv1B=m

v12
R1
,得第一次在磁场中做圆周运动半径为 R1=
mv1
qB
=
2k2mEy0
qB2

(2)第二次穿越隔离层后速度为v2=k2

2qEy0
m

-qEy1=0-

1
2
mv22,得y1=k4y0

(3)由yo=

1
2
qE
m
t02,得第一次到达隔离层的时间为 t0=
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=

v2
a
=k 2
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 3

2qEy0
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

单项选择题 A1/A2型题
单项选择题