如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的,且宽度相等均为 d,电场方向在纸平面内,而磁场方向垂直纸面向里.一带正电粒子从 O 点以速度 v0 沿垂直电场方向进入电场,在电场力的作用下发生偏转,从 A 点离开电场进入磁场,离开电场时带电粒子在电场方向的位移为电场宽度的一半,当粒子从C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,(带电粒子重力不计)求:
(l)粒子从 C 点穿出磁场时的速度v;
(2)电场强度 E 和磁感应强度 B 的比值 E/B;
(3)粒子在电、磁场中运动的总时间.
(1)粒子在电场中偏转做类平抛运动:
在垂直电场方向:vx=v0,x=v0t?t= ①
平行电场方向:vy=at,y=at2=t ②
由①②得到:=×
即vy=v0
∴粒子进入磁场时的速度v==v0
因为粒子在磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,所以粒子穿出磁场时的速度v=v0,方向与v0方向一致.
(2)在电场中运动时vy=at=t=?
得E=
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在磁场中运动如图
运动方向改变45°,运动半径RR==d
又qvB=?B===
所以:=v0
(3)如图,粒子在磁场中做匀速圆周运动的时间t′=?T====
粒子在电场中做类平抛运动时间 t=
所以粒子运动总时间t总=t+t’=+
答:(l)粒子从 C 点穿出磁场时的速度v=v0,方向与v0相同;
(2)电场强度 E 和磁感应强度 B 的比值=v0;
(3)粒子在电、磁场中运动的总时间为:+.