问题 问答题

如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿Y轴负方向的匀强电场,第四象限内无电场和磁场.质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度v0沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经N、P最后又回到M点.设OM=L,ON=2L,则:

(1)电场强度E的大小;

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向;

(3)粒子从M点进入电场,经NP点最后又回到M点所用的总时间.

答案

(1)由带电粒子在电场中做类平抛运动,易知L=

1
2
qE
m
t
2
,且2L=v0t则:

E=

mv02
2qL

(2)由左手定则,匀强磁场的方向为垂直纸面向里.

根据粒子在电场中运动的情况可知,粒子带负电.粒子在电场中做类平抛运动,设到达N点的速度为v,运动方向与x轴负方向的夹角为θ,如图所示.

由动能定理得:qEL=

1
2
mv 2-
1
2
mv02

将(1)中的E代入可得:v=

2
v0    所以θ=45°

粒子在磁场中做匀速圆周运动,经过P点时速度方向也与x轴负方向成45°角.

则OP=OM=L      

NP=NO+OP=3L

粒子在磁场中的轨道半径为R=NPcos45°=

3
2
L  又 R=
mv
Bq
  解得B=
2mv0 
3qL
,方向垂直纸面向里.

(3)分类平抛运动时间和在磁场中的运动时间,PM的匀速直线运动时间.

粒子在电场中运动的时间为 t1=

2L
v0

设粒子在磁场中运动所用的时间为t2,有

t2=

3
4
T=
3
4
×
2πm
Bq
=
9πL
4v0

从P离开磁场作匀速直线运动到M所用的时间为t3

t3=

2
L
v
=
L
v0

粒子从M点进入电场,经N、P点最后又回到M点所用的时间为:

t=t1+t2+t3=

(3+
9
4
π)L
v0

答:(1)电场强度E的大小为

mv02
2qL

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小为

2mv0 
3qL
,方向方向垂直纸面向里;

(3)粒子从M点进入电场,经NP点最后又回到M点所用的总时间为

(3+
9
4
π)L
v0

单项选择题
判断题