Question

18．如圖所示的平面直角坐標系中，在y＞0的區(qū)域存在勻強電場，場強沿y軸負方向，在y＜0的區(qū)域存在勻強磁場，磁場方向垂直于坐標平面向外．一電荷量為q，質量為m的帶正電粒子，經(jīng)過y軸上y=h處的點P₁時速率為v₀，方向沿x軸正方向；然后經(jīng)過x軸上x=2h處的P₂點進入磁場．不計粒子重力．
（1）求電場強度的大�。�
（2）若粒子進入磁場后，接著經(jīng)過了y軸上y=-2h處的P₃點，求磁感應強度的大小．

Answer 1

分析 （1）粒子在電場中做平拋運動，由牛頓第二定律及運動學公式，可求得電場強度E的大��；
（2）粒子從P到O的過程中電場力做正功，運用動能定理列式，可求得速度的大��；粒子沿-y方向進入磁場時，由左手定則判斷可知粒子向右偏轉，做勻速圓周運動，由洛倫茲力充當向心力，根據(jù)牛頓第二定律可求出其磁感應強度的大小．

解答 解：（1）粒子運動軌跡如圖甲所示，在電場中$a=\frac{Eq}{m}$，
垂直電場方向上：
2h=v₀t
沿電場方向上有：$h=\frac{1}{2}a{t}^{2}$
聯(lián)立解得：
$E=\frac{{m{v_0}^2}}{2qh}$
（2）在電場中v_y=at=v₀，
進入磁場的速度$v=\sqrt{{v_0}^2+{v_y}^2}=\sqrt{2}{v_0}$，
方向與x軸成45°．在磁場中，連接P₂、P₃兩點，由幾何關系知，P₂P₃為圓弧的直徑
則由幾何關系可知：
$R=\sqrt{2}h$，又由$qBv=m\frac{v^2}{R}$可得：
$B=\frac{mv}{qR}=\frac{{m{v_0}}}{qh}$ 
答：（1）求電場強度的大小為$\frac{m{{v}_{0}}^{2}}{2qh}$；
（2）磁感應強度的大小為$\frac{m{v}_{0}}{qh}$．

點評 本題中運用運動的分解法研究類平拋運動，畫軌跡研究粒子在磁場中圓周運動，是常用的方法； 主要考查運用數(shù)學方法解決物理問題的能力．