Question

在某一真空中建立xOy坐標(biāo)系,從原點(diǎn)O處向第Ⅰ象限發(fā)射一比荷qm=1×10⁴ C/kg的帶正電的粒子(重力不計(jì)),初速度v₀=10³ m/s,方向與x軸正方向成30°角.
(1)若在坐標(biāo)系y軸右側(cè)加勻強(qiáng)磁場(chǎng),在第Ⅰ象限,磁場(chǎng)方向垂直xOy平面向外,在第Ⅳ象限,磁場(chǎng)方向垂直xOy平面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B="1" T,如圖18(a)所示.求粒子從O點(diǎn)射出后,第2次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的坐標(biāo)x₁.
(2)若將上述磁場(chǎng)改為如圖18(b)所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在t=0到t=2π3×10^-4 s時(shí),磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向外;在t=2π3×10^-4 s到t=4π3×10^-4 s時(shí),磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里,此后該空間不存在磁場(chǎng).在t=0時(shí)刻,粒子仍從O點(diǎn)以與原來(lái)相同的初速度v₀射入,求粒子從O點(diǎn)射出后第2次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的坐標(biāo)x₂.

圖18

Answer 1

(1)(0.2,0)　?(2)(0.6,0)?

(1)粒子在x軸上方和下方的磁場(chǎng)中做半徑相同的勻速圓周運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖(a)所示.設(shè)粒子的軌道半徑為r,有qvB=mv²/r,代入數(shù)據(jù)得r="0.1" m.由幾何關(guān)系知x₁坐標(biāo)為x₁=2r，代入數(shù)據(jù)得x₁="0.2" m,故粒子從O點(diǎn)射出后,第二次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的坐標(biāo)x₁為(0.2,0).?

圖(a)
(2)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T₀,T₀=2πm/qB,代入數(shù)據(jù)得T₀=2π×10^-4s.據(jù)題意,知粒子在t=0到t=2π/3×10^-4s內(nèi)和在t=2π/3×10^-4s到t=4π/3×10^-4s內(nèi)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓弧所對(duì)的圓心角均為2π/3.粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)如圖(b)所示.?

圖(b)
由幾何關(guān)系得x₂=6r,代入數(shù)據(jù)得x₂="0.6" m,故粒子從O點(diǎn)射出后第2次經(jīng)過(guò)x軸時(shí)的坐標(biāo)x₂為(0.6,0).?