Question

【題目】如圖所示，直角坐標系xoy位于豎直平面內(nèi)，在m≤x≤0的區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強度大小B = 4．0×10-4T、方向垂直于紙面向里的條形勻強磁場，其左邊界與x軸交于P點；在x＞0的區(qū)域內(nèi)有電場強度大小E = 4N/C、方向沿y軸正方向的有界勻強電場，其寬度d = 2m。一質(zhì)量m = 6．4×10-27kg、電荷量q =-3．2×1019C的帶電粒子從P點以速度v = 4×104m/s，沿與x軸正方向成α=60°角射入磁場，經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)最終通過x軸上的Q點（圖中未標出），不計粒子重力。求：

⑴帶電粒子在磁場中運動的半徑和時間；

⑵當電場左邊界與y軸重合時Q點的橫坐標；

⑶若只改變上述電場強度的大小，要求帶電粒子仍能通過Q點，討論此電場左邊界的橫坐

標x′與電場強度的大小E′的函數(shù)關(guān)系。

Answer 1

【答案】（1）5.23×10﹣5s。（2）x=5m。（3）當0＜x′＜3m時，；當3m≤x'＜5m時，。

【解析】

試題⑴帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律 有

代入數(shù)據(jù)得：

軌跡如圖1交y軸于C點，過P點作v的垂線交y軸于O1點，

由幾何關(guān)系得O1為粒子運動軌跡的圓心，且圓心角為60°。

在磁場中運動時間，

代入數(shù)據(jù)得：t=5.23×10-5s

⑵帶電粒子離開磁場垂直進入電場后做類平拋運動

方法 一：粒子在電場中加速度

運動時間

沿y方向分速度

沿y方向位移

粒子出電場后又經(jīng)時間t2達x軸上Q點

故Q點的坐標為

方法二：設(shè)帶電粒子離開電場時的速度偏向角為θ，如圖1，

設(shè)Q點的橫坐標為x

則：，故x=5m。

⑶電場左邊界的橫坐標為x′。

當0＜x′＜3m時，如圖2，

設(shè)粒子離開電場時的速度偏向角為θ′，則：

又：

由上兩式得：

當3m≤≤5m時，如圖3，

有

將y=1m及各數(shù)據(jù)代入上式得：。