问题 问答题

空间中存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,一带电量为+q、质量为m的粒子,在P点以某一初速开始运动,初速方向在图中纸面内如图中P点箭头所示.该粒子运动到图中Q点时的速度方向与P点时速度方向垂直,如图中Q点箭头所示.已知P、Q间的距离为l.若保持粒子在P点时的速度不变,而将匀强磁场换成匀强电场,电场方向与纸面平行且与粒子在P点时速度方向垂直,在此电场作用下粒子也由P点运动到Q点.不计重力.求:

(1)电场强度的大小.

(2)两种情况中粒子由P运动到Q点所经历的时间之差.

答案

(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,以v0表示粒子在P点的初速度,R表示圆周半径,则有   qv0B=m

v20
R
…①

由于粒子在Q点的速度垂直于它在4P点时的速度,可知粒子由P点到Q点的轨迹是圆周的

1
4

故有         R=

l
2
…②

联立①②得:v0=

qlB
2
m
…③

在电场中粒子做类平抛运动,分别以x、y、E、a、tE表示射程、偏转位移、电场强度,加速度和运动时间,

则:

            qE=ma…④

垂直v0方向 y=R=

1
2
a
t2E
…⑤

沿v0方向   x=R=v0tE…⑥

联立②③④⑤⑥各式可解得:E=

2
qlB2
m
  

电场强度的大小为:E=

2
qlB2
m

(2)由分析知粒子在磁场中由P运动到Q点所经历的时间tB

1
4
周期,

故:tB=

1
4
T=
1
4
2πR
v0
=
π
2
m
qB

在电场中由P运动到Q点所经历的时间tE=

R
v0
=
m
qB

由P运动到Q点所经历的时间之差   tB-tE=(

π
2
-1)
m
qB

两种情况中粒子由P运动到Q点所经历的时间之差为(

π
2
-1)
m
qB

单项选择题 A1/A2型题
单项选择题 B型题