问题 问答题

如图所示,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y<0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xy平面(纸面)向外.一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上y=h处的点P1时速率为v0,方向沿x轴正方向;然后,经过x轴上x=2h处的 P2点进入磁场,并经过y轴上y=-2h处的P3点.不计重力.求

(l)电场强度的大小.

(2)粒子到达P2时速度的大小和方向.

(3)磁感应强度的大小.

答案

(1)粒子在电场中做类平抛运动,设粒子从P1到P2的时间为t,电场强度的大小为E,粒子在电场中的加速度为a,

由牛顿第二定律及运动学公式有:

v0t=2h   ①

qE=ma  ②

1
2
at2=h③

联立①②③式可得:E=

m
v20
2qh

(2)粒子到达P2时速度方向决定粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹,由x方向的速度分量和沿y方向的速度分量可得方向角(与x轴的夹角)为θ,

v12=2ah

tanθ=

v1
v0
=1

θ=45°

所以粒子是垂直P2 P3的连线进入磁场的,P2 P3是粒子圆周运动轨迹的直径,速度的大小为 v=

v21
+
v20
=
2
v0

(3)设磁场的磁感应强度为B,在洛仑兹力作用下粒子做匀速圆周运动的半径根据几何关系可知是r=

2
h,

由牛顿第二定律         qvB=m

v2
r

所以               B=

mv0
qh

如图是粒子在电场、磁场中运动的轨迹图

答:(l)电场强度的大小为

m
v20
2qh

(2)粒子到达P2时速度的大小为

2
v0,与x轴成45°夹角;

(3)磁感应强度的大小为

mv0
qh

单项选择题
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