问题 问答题

如图,质量为m、带电量为q的粒子,在第四象限匀强电场A处静止释放(不计粒子的重力),粒子经过第一象限区域的匀强电场后,恰好过y轴上的B,A点坐标为(L,-L),B点坐标为(0,2L),第四象限匀强电场为E,y轴的左侧为足够大的匀强磁场(图中未画),带电粒子恰好通过坐标原点O点,求:

(1)第一象限电场强度E;

(2)匀强磁场B的大小和方向;

(3)带电粒子从A运动到原点O时间t.

答案

(1)设粒子从第四象限射出时的速度为v0

粒子在第四象限做初速度为零的匀加速运动,

有:L=

1
2
at2=
1
2
v0t,

粒子在第一象限做类平抛运动,

竖直方向:2L=v0t′,

水平方向:L=

1
2
a′t′2

解得:t′=t,a′=a,E′=E;

(2)设带电粒子进入磁场时与y轴夹角是θ,

则tanθ=

vx
vy
=
vx
v0
=
a′t′
at
=1,则θ=45°;

即带电粒子从B点和Yy轴成450进入磁场,

在洛伦兹力作用下偏转回到O点,如图:

在第四象限内,由动能定理得:qEL=

1
2
mv02-0,

粒子进入磁场时的速度v=

v0
cos45°
=
2
v0

在磁场中,洛伦兹力提供向心力,

由牛顿第二定律得:qvB=m

v2
R

有图示,根据数学知识可得:R=

2
L,

解得:B=

2mE
qL
;粒子带正电,所受洛伦兹力指向圆心,

由左手定则可知,磁感应强度垂直于纸面向下;

(3)粒子在第四象限内:L=

1
2
at2=
1
2
(
qE
m
)2
t2

则t=

2mL
qE
,粒子在第一象限内的运动时间t′=t=
2mL
qE

粒子在磁场中的运动时间:t″=

φ
T=
3
4
T=
3
4
×
2πR
v
=3π
mL
8qE

总的时间:t=t+t′+t″=2

2mL
qE
+3π
mL
8qE

答:(1)第一象限电场强度为E;

(2)匀强磁场B的大小为

2mE
qL
,方向垂直于纸面向下;

(3)带电粒子从A运动到原点O时间为2

2mL
qE
+3π
mL
8qE

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