Question

【題目】如圖所示的xoy坐標系中，在第I象限內(nèi)存在沿y軸負向的勻強電場，第IV象限內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場。一個比荷q/m=102c/kg的帶正電粒子從y軸上的P點垂直進入勻強電場，經(jīng)過x軸上的Q點以速度v=2m/s進入磁場，方向與x軸正向成30°。若粒子在磁場中運動后恰好能再回到電場，已知OQ長L=6m，粒子的重力不計，電場強度E和磁感應(yīng)強度B大小均未知。求：

(1)OP的距離

(2)磁感應(yīng)強度B的大小

(3)若在O點右側(cè)44m處放置一平行于y軸的擋板，粒子能擊中擋板并被吸收，求粒子從P點進入電場到擊中擋板的時間.

Answer 1

【答案】(1) (2) B=5×10-3T (3)

【解析】

(1)粒子在電場中做類平拋運動，根據(jù)平行四邊形定則求出粒子在沿電場方向和垂直電場方向上的速度，結(jié)合運動學公式求出OP間的距離；

(2)粒子恰好能再回到電場，結(jié)合幾何關(guān)系求出臨界半徑，結(jié)合半徑公式求出磁感應(yīng)強度的大小；

(3)根據(jù)幾何關(guān)系求出一個周期內(nèi)在x軸上發(fā)生的距離，確定出粒子能完成周期運動的次數(shù)．結(jié)合在電場中和磁場中運動的時間，以及最后2L內(nèi)的時間求出粒子從P點進入電場到擊中擋板的時間。

(1) 粒子在Q點進入磁場時，vx=vcos30°，

vy=vsin30°，

粒子從P點運動到Q點時間

t=L/vx

OP間距離

解得：；

(2) 粒子恰好能回到電場，即粒子在磁場中軌跡的左側(cè)恰好與y軸相切，設(shè)半徑為R

R+Rsin30°=L

聯(lián)立解得：B=5×10-3T ；

(3) 粒子在電場和磁場中做周期性運動，軌跡如圖

一個周期運動過程中，在x軸上發(fā)生的距離為

△L=L+L-2Rsin30°=8m

P點到擋板的距離為44m，所以粒子能完成5個周期的運動，然后在電場中沿x軸運動4m時擊中擋板。

5個周期的運動中，在電場中的時間為

磁場中運動的時間

剩余2L中的運動時間

總時間 。