Question

在xOy平面內(nèi)，x>0的區(qū)域存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B=0.4T；

x < 0的區(qū)域存在沿x軸正方向的勻強電場�，F(xiàn)有一質(zhì)量為m = 4.0×10^－9kg，帶電量為

q = 2.0×10^{－7 C}的正粒子從x軸正方向上的M點以速度v₀=20m/s進入磁場，如圖所示，v₀與x軸正方向的夾角θ=45°，M點與O點相距為l=m。已知粒子能以沿著y軸負方向的速度垂直穿過x軸負半軸上的N點，不計粒子重力。求：

（1） 粒子穿過y軸正半軸的位置以及穿過y軸正半軸時速度與y軸的夾角；

（2）  x<0區(qū)域電場的場強；

（3） 試問粒子能否經(jīng)過坐標原點O? 若不能，請說明原因；若能，請求出粒子從M點運動到O點所經(jīng)歷的時間。

Answer 1

（1）45⁰  

（2）E＝2V/m≈2.82 V/m…2’

（3）t＝(π/8+0.2)s≈0.59s   …

解析:

（1）粒子在磁場中運動時，由洛侖茲力提供向心力   Bqv₀＝mv₀²/R……2’   得：R＝1m

過M點做初速度v₀的垂線交y軸正方向于P點，則PM＝l/cos45⁰    得：PM＝2m＝2R  ……1’

由幾何關(guān)系得PM為軌跡圓直徑，P點即為粒子穿過y軸正半軸的位置   OP＝PM sin45⁰＝m  ………2’         由圓的對稱性得此處速度與y軸夾角為θ＝45⁰   ……1’

（2）設(shè)粒子由P點到N點歷時t₁，則：   x方向：v₀sin45⁰－Eqt₁/m＝0  ………2’

y方向：v₀t₁cos45⁰＝OP  …………2’  聯(lián)立求解，代入數(shù)據(jù)得：t1＝0.1s  E＝2V/m≈2.82 V/m…2’

（3）粒子能到達O點  …………1’    粒子在磁場中的運動周期為：T＝2πm/Bq  ………2’

從M點運動到O點經(jīng)過的軌跡如圖：（略） 經(jīng)歷的時間為：t＝T/2+3T/4+2t₁   ………2’ 

代入數(shù)據(jù)得：t＝(π/8+0.2)s≈0.59s   …