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如图a所示,水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷的正电荷置于电场中的O点由静止释放,经过后,电荷以的速度通过MN进入其上方的匀强磁场,磁场与纸面垂直,磁感应强度B按图b所示规律周期性变化(图b中磁场以垂直纸面向外为正,以电荷第一次通过MN时为t=0时刻)。计算结果可用π表示。

1)求O点与直线MN之间的电势差;

2)求图b时刻电荷与O点的水平距离;

3)如果在O点右方d=67.5cm处有一垂直于MN的足够大的挡板,求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间。

                                  

 

      

O

 
 

b

 

a

 


答案

 (1)电荷在电场中做匀加速直线运动,由动能定理

       

2)当磁场垂直纸面向外时,设电荷运动的半径为

  

周期   

当磁场垂直纸面向里时,电荷运动的半径为 

周期 

故电荷从t=0时刻开始做周期性运动,其运动轨迹如图甲所示

     时刻电荷与O点的水平距离:                     

3)电荷第一次通过MN开始,其运动的周期

根据电荷的运动情况可知,电荷到达挡板前运动的完整周期数为15个,此时电荷沿MN运动的距离 则最后7.5cm的距离如图乙所示,有

解得:,则

故电荷运动的总时间

  

 

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