Question

如圖所示，在直角坐標(biāo)系的第Ⅰ象限和第Ⅲ象限存在著電場強(qiáng)度均為E的勻強(qiáng)電場，其中第Ⅰ象限電場沿x軸正方向，第Ⅲ象限電場沿y軸負(fù)方向．在第Ⅱ象限和第Ⅳ象限存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向均垂直紙面向里．有一個電子從y軸的P點(diǎn)以垂直于y軸的初速度v₀進(jìn)入第Ⅲ象限，第一次到達(dá)x軸上時速度方向與x軸負(fù)方向夾角為45°，第一次進(jìn)入第Ⅰ象限時，與y軸負(fù)方向夾角也是45°，經(jīng)過一段時間電子又回到了P點(diǎn)，進(jìn)行周期性運(yùn)動．已知電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，不考慮重力和空氣阻力．求：

 （1）P點(diǎn)距原點(diǎn)O的距離；

 （2）電子從P點(diǎn)出發(fā)到第一次回到P點(diǎn)所用的時間．

Answer 1

⑴            

⑵

解析:

⑴電子在第Ⅲ象限做類平拋運(yùn)動,沿y軸方向的分速度為

        ①  （2分）

設(shè)OP=h，則    ②   （2分）

由①②得              （2分）

⑵在一個周期內(nèi),設(shè)在第Ⅲ象限運(yùn)動時間為t₃,在第Ⅱ象限運(yùn)動時間為t₂,在第Ⅰ象限運(yùn)動時間為t₁,在第Ⅳ象限運(yùn)動時間為t₄

在第Ⅲ象限有      ③      （2分）

由①③解得           （1分）

在第Ⅱ象限電子做圓周運(yùn)動,周期

在第Ⅱ象限運(yùn)動的時間為        （3分）

由幾何關(guān)系可知,電子在第Ⅰ象限的運(yùn)動與第Ⅲ象限的運(yùn)動對稱,沿x軸方向做勻減速運(yùn)動,沿y軸方向做勻速運(yùn)動,到達(dá)x軸時垂直進(jìn)入第四象限的磁場中,速度變?yōu)?i>υ₀.

在第Ⅰ象限運(yùn)動時間為     （3分）

電子在第Ⅳ象限做四分之一圓周運(yùn)動,運(yùn)動周期與第Ⅱ象限周期相同,即

在第Ⅳ象限運(yùn)動時間為      （3分）

電子從P點(diǎn)出發(fā)到第一次回到P點(diǎn)所用時間為（2分）