分析:(1)根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),然后做勻速直線運(yùn)動(dòng),最后在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),并根據(jù)左手定則,可確定離子的帶電性質(zhì).根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)和幾何關(guān)系計(jì)算離子的比荷.
(2)離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供離子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
qv0B=m,代入數(shù)據(jù)化簡(jiǎn)可得磁感應(yīng)強(qiáng)度B.
(3)先求出離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期,離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為四分之一個(gè)周期,離開磁場(chǎng)做勻速直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)入電場(chǎng)在水平方向上仍做勻速直線運(yùn)動(dòng),分段計(jì)算時(shí)間,再求和即可.
解答: 解:(1)離子源向y軸正方向發(fā)射速率v
0的帶電離子,離子射出磁場(chǎng)時(shí)速度與x軸平行,
則受的洛倫茲力水平向右,根據(jù)左手定則,磁場(chǎng)從掌心穿入,拇指指向洛倫茲力的方向,四指指向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向,
所以該離子帶正電.
離子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,設(shè)離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為
r,據(jù)幾何關(guān)系可得:
r=R粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)
x正方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng),位移為L(zhǎng)=v
0t,
y負(fù)方向上做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),位移為
r=at2,
所以
a==
根據(jù)牛頓第二定律,粒子的加速度為
a=,
所以
==;
(2)離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供離子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力
qv0B=m所以
B==
?=;
(3)在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T=
=
,
離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t
1=
=
.
離子離開磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間
t2=所以粒子從o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)間t=
t1+t2=+=
.
答:(1)離子的帶正電,離子的比荷
為
.
(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為
.
(3)粒子從o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)間為
.