(18分)如图所示,在平面内的第一象限内存在沿
轴正方向的匀强电场,在第四象限存在有界的磁场,磁感应强度
,有一质量为
,电量为
的电子以
的速度从
轴的
点(0,
cm)沿
轴正方向射入第一象限,偏转后从
轴的
点射入第四象限,方向与
轴成
角,在磁场中偏转后又回到
点,方向与
轴也成
角;不计电子重力.求:
(1)OQ之间的距离及电子通过Q点的速度大小.
(2)若在第四象限内的磁场的边界为直线边界,即在虚线的下方有磁场,如图中所示,求
的坐标.
(3)若在第四象限内的磁场为圆形边界的磁场,圆形边界的磁场的圆心坐标的范围.
(1),
(2)
(3)
,
题目分析:(1)电子在电场做类平抛运动,从P到Q过程中, ①
②
③
④
解得: ⑤
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,故有: ⑥
由几何关系可知,电子回到Q点有: ⑦
解得: ⑧
(3)由于在磁场中偏转后又回到Q点,方向与X轴也成角.其运动轨迹如图:
由几何关系可知,圆形磁场的圆心在Q点的正下方,即:
圆形磁场应与电子轨迹有公共弦,同时只要磁场半径大于
即可,故磁场圆心y轴的最小坐标为:
圆形磁场在第四象限,磁场半径应小于5cm,由几何关系可知,磁场圆心y轴的最大坐标为:
即圆形磁场的圆心的坐标应满足:,