(分)平面直角坐標系xOy中,第1象限存在沿y軸負方向的勻強電場,第Ⅳ象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B。一質量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場,經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成60°角射入磁場,最后從y軸負半軸上的P點與y軸正方向成600角射出磁場,如圖所示。不計粒子重力,求

(1)粒子在磁場中運動的軌道半徑R;

(2)粒子從M點運動到P點的總時間t

(3)勻強電場的場強大小E。

(1)    

(2)  

(3)  


解析:

(1)設粒子過N點時的速度為v,根據(jù)平拋運動的速度關系 

v=··························································· ①

分別過N、P點作速度方向的垂線,相交于Q點,則Q是粒子在磁場中做勻速圓周運動的圓心,根據(jù)牛頓第二定律  qvB=··································································· ···· ②

聯(lián)立①②解得軌道半徑  R= ····························· ③

(2)設粒子在電場中運動的時間為t1,有  ONv0t1 ····················································· ④

由幾何關系得  ONRsin30°+Rcos30°········································································ ⑤

聯(lián)立③④⑤解得  t1=··················································································· ⑥

粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期  T= ····························································· ⑦

由幾何關系知∠NQP=150°,設粒子在磁場中運動的時間為t2   t2T····························· ⑧

聯(lián)立⑦⑧解得  t2=···························································································· ⑨

故粒子從M點運動到P點的總時間  tt1t2=(1++)··········································· ⑩

(3)粒子在電場中做類平拋運動,設加速度為a  qE=ma ··············································· ⑾

設沿電場方向的分速度為vy    vy=at1 ········································································ ⑿

又  vy=v0tan600 ··································································································· ⒀

聯(lián)立⑥⑾⑿⒀解得  E=··············································································· ⒁

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(1)M、N兩點間的電勢差UMN

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