在xoy平面内,第Ⅲ象限内的直线OM是电场与磁场的边界,OM与负x轴成45°角。在x<0且OM的左侧空间存在着负x方向的匀强电场E,场强大小为32N/C,在y<0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场B,磁感应强度大小为0.1T,如图(13)所示。一不计重力的带负电的微粒,从坐标原点O沿y轴负方向以υ0=2×103m/s的初速度进入磁场,已知微粒的带电量为q=5×10-18C,质量为m=1×10-24kg,(不计微粒所受重力),求:
(1)带电微粒第一次经过磁场边界的位置坐标;
(2)带电微粒在磁场区域运动的总时间;
(3)带电微粒最终离开电、磁场区域的位置坐标。
(1)位置坐标(-4×10-3m, -4×10-3m) (2)
(3)离开电、磁场时的位置坐标 (0, 0.012m)
(1)带电微粒从O点射入磁场,运动轨迹如图,第一次经过磁场边界上的A点,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得:
………………………………………………………①(2分)
m ………………………………………………②(2分)
A点位置坐标(-4×10-3m, -4×10-3m)…………………………………③(1分)
(2)设带电微粒在磁场中做圆周运动的周期为
………………………………………………………………④(2分)
t=tOA+tAC= …………………………………………………⑤(2分)
代入数据解得t=T=1.256×10-5s …………………………………………⑥(2分)
(3)微粒从C点沿y轴正方向进入电场,做类平抛运动
………………………………………………………………⑦(2分)
……………………………………………………⑧(2分)
………………………………………………………………⑨(1分)
代入数据解得m …………………………………………⑩(1分)
m="0.012m" ……………………⑽(2分)
离开电、磁场时的位置坐标 (0, 0.012m) ……………………………⑾(1分)