如图所示,在直角坐标系的第I象限分布着场强E=5×103V/m,方向水平向左的匀强电场,其余三象限分布着垂直纸面向里的匀强磁场。现从电场中M(0.5,0.5)点由静止释放一比荷为q/m=2×104C/kg、不计重力的带正电微粒,该微粒第一次进入磁场后将垂直通过x轴。
(1) 求匀强磁场的磁感应强度和带电微粒第二次进入磁场时的位置坐标;
(2) 为了使微粒还能回到释放点M,在微粒第二次进入磁场后撤掉第I象限的电场,求此情况下微粒从释放到回到M点所用时间。
如图所示,在直角坐标系的第I象限分布着场强E=5×103V/m,方向水平向左的匀强电场,其余三象限分布着垂直纸面向里的匀强磁场。现从电场中M(0.5,0.5)点由静止释放一比荷为q/m=2×104C/kg、不计重力的带正电微粒,该微粒第一次进入磁场后将垂直通过x轴。
(1) 求匀强磁场的磁感应强度和带电微粒第二次进入磁场时的位置坐标;
(2) 为了使微粒还能回到释放点M,在微粒第二次进入磁场后撤掉第I象限的电场,求此情况下微粒从释放到回到M点所用时间。
解:⑴设微粒质量为m,带电量为q,第一次进入磁场时速度为v0,磁感应强度为B,在磁场中运动轨道半径为R,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,有几何关系
可得:R=0.5m ………………………………………………………… (1)
由动能定理可得 ………………………………………(2)
有圆周运动规律可得 …………………………………… (3)
解得:B = 1.0T ……………………………………………………………(4)
微粒在磁场中刚好运动3/4圆周后,从点(0.5,0)处垂直电场方向进入电场做类平抛运动。设微粒第二次进入磁场的位置坐标为(0,y),则:
……………………………………(5)
…………………………………………(6)
代入数值解得:
y =1.0m ……………………………………(7)
微粒第二次进入磁场的位置坐标为(0,1.0)。
⑵微粒第二次进入磁场时,速度为v1,轨道半径为R1
………………………(8)
…………………………………(9)
运动3/4圆周后刚好从坐标原点射出磁场,其轨迹如图所示。 用T表示微粒在磁场中运动周期,则
……………………………………… (10)
若在微粒第二次进入磁场后撤掉电场,则:
…………………… (11)
计算后得:t1=(2.5+1.50π)×10-4s(或7.21×10-4s)…… (12)
本题共18分,其中(1)(2)(3)(10)(11)(12)每式2分,其它各式每式1分。其他方法正确可得分