(2012年2月济南检测)如图所示装置中,区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场,电场强度分别为E和;Ⅱ区域内有垂直向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m、带电量为q的带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场,经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场,并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中。求:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径。
(2)O、M间的距离。
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间。
(2012年2月济南检测)如图所示装置中,区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场,电场强度分别为E和;Ⅱ区域内有垂直向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m、带电量为q的带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场,经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场,并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中。求:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径。
(2)O、M间的距离。
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间。
(1)R= (2)
(3)
解析:(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动,设粒子过A点时速度为v,由类平抛规律知,
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得
所以 R= 。
(2)设粒子在电场中运动时间为t1,加速度为a。
则有,
,
联立解得。
O、M两点间的距离为。
(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2
则由几何关系知,
设粒子在Ⅲ区域电场中运行时间为t3,
,
则。
粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为
。