如图所示,在坐标系xOy中,第一象限除外的其它象限都充满匀强磁场,磁感应强度都为B=0.12T、方向垂直纸面向内.P是y轴上的一点,它到坐标原点O的距离l=0.40m.一比荷
=5.0×107C/kg的带正电粒子从P点开始进入匀强磁场中运动,初速度v0=3.0×106m/s、方向与y轴正方向成夹角θ=53°并与磁场方向垂直.不计粒子的重力作用.已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:q m
(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R.
(2)在第一象限中与x轴平行的虚线上方的区域内充满沿x轴负方向的匀强电场(如图),粒子在磁场中运动一段时间后进入第一象限,最后恰好从P点沿初速度的方向再次射入磁场.求匀强电场的电场强度E和电场边界(虚线)与x轴之间的距离d.

(1)粒子在磁场区域内运动,有qv0B=mv 20 R
可得粒子运动的轨道半径R=mv0 qB
代入数据解得:R=0.50m
(2)通过作图可知(如图),粒子运动轨迹的圆心A恰好落在x轴上.
由几何关系可知:粒子从C点进入第一象限时的位置坐标为
x=R-Rcosθ=0.20m
粒子进入匀强电场后做类平抛运动,设粒子在电场运动时间为t,加速度为a,则l-d=v0t
qE=ma
x=
at2 1 2
vx=at
粒子运动到P点时,有vx=v0tanθ
由以上各式,代入数据解得电场强度:E=8.0×105N/C
电场边界(虚线)与x轴之间的距离
d=0.10m.
答:(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R为0.50m.
(2)匀强电场的电场强度E为8.0×105N/C,电场边界(虚线)与x轴之间的距离d为0.10m.