如图,在xOy平面的第一、四象限内存在着方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场,第四象限内存在方向沿-y方向、电场强度为E的匀强电场。从y轴上坐标为a的一点向磁场区发射速度大小不等的带正电同种粒子,速度方向范围是与+y方向成30°-150°,且在xOy平面内。结果所有粒子经过磁场偏转后都垂直打到x轴上,然后进入第四象限的匀强电场区。已知带电粒子电量为+q,质量为m,重力不计。
(1)确定进入磁场速度最小粒子的速度方向,并求出速度大小。
(2)所有通过磁场区的粒子中,求出最短时间与最长时间的比值。
(3)从x轴上x=点射入第四象限的粒子穿过电磁场后经过y轴上y=-b的点,求该粒子经过y=-b点的速度大小。
解:(1)设速度v粒子与y轴夹角θ,垂直打到x轴上满足:
又,
时,
(2)最长时间对应粒子初速度与y轴正方向夹角30°,转过150°
最短时间对应粒子初速度与y轴负方向夹角30°,转过30°
(3)粒子射出时与y轴负方向夹角θ,则有
得到:,
速度v0为
到达y轴速度v,则