Question

（16分）如圖所示，真空中有以O(shè)′為圓心，r為半徑的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。圓的最下端與x軸相切于直角坐標(biāo)原點(diǎn)O，圓的右端與平行于y軸的虛線MN相切，在虛線MN右側(cè)x軸上方足夠大的范圍內(nèi)有方向豎直向下、場強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場，在坐標(biāo)系第四象限存在方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小也為B的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸正方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子，質(zhì)子在磁場中做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，然后進(jìn)入電場到達(dá)x軸上的C點(diǎn)。已知質(zhì)子帶電量為+q，質(zhì)量為m，不計質(zhì)子的重力、質(zhì)子對電磁場的影響及質(zhì)子間的相互作用力。求：

（1）質(zhì)子剛進(jìn)入電場時的速度方向和大小；

（2）OC間的距離；

（3）若質(zhì)子到達(dá)C點(diǎn)后經(jīng)過第四限的磁場后恰好被放在x軸上D點(diǎn)處（圖上未畫出）

的一檢測裝置俘獲，此后質(zhì)子將不能再返回電場，則CD間的距離為多少。

 

Answer 1

【答案】

（1）方向沿x軸正方向（2）r+（3）

【解析】

試題分析：（1）由qvB=得  方向沿x軸正方向

（2）質(zhì)子電場中運(yùn)動時間

由牛頓第二定律   qE=ma

由題意可知x₁=ON=r

電場中x₂=NC=v

OC間的距離為x=x₁+ x₂ =r+

（3）豎直方向的速度

設(shè)質(zhì)子合速度為

質(zhì)子合速度與x軸正向夾角的正弦值sinθ=

x₃="CD=" 2R sinθ

運(yùn)動半徑

x₃="CD=" 2●==

考點(diǎn)：考查帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動

點(diǎn)評：此題要求首先要分析粒子在各個區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動情況，必要時畫出粒子的運(yùn)動軌跡圖，了解圖中的幾何關(guān)系．利用粒子在電場中偏轉(zhuǎn)時的速度的合成與分解，解決電子在電場中運(yùn)動的相關(guān)問題；利用粒子在勻速圓周運(yùn)動的半徑和周期公式，結(jié)合洛倫茲力提供向心力可解答粒子在磁場中運(yùn)動的相關(guān)問題。粒子從磁場邊界以一定的角度射入只有一個邊界的勻強(qiáng)磁場，當(dāng)再次射出磁場時，速度與邊界的夾角與原來的相等。解題時充分利用這個結(jié)論，對解題有非常大的幫助