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如图3,xOy平面内的圆O′与y轴相切于坐标原点O.在该圆形区域内,有与y轴平行的匀强电场和垂直于圆面的匀强磁场.一个带电粒子(不计重力)从原点O沿x轴进入场区,恰好做匀速直线运动,穿过场区的时间为T0.若撤去磁场,只保留电场,其他条件不变,该带电粒子穿过场区的时间为T0/2.若撤去电场,只保留磁场,其他条件不变,求该带电粒子穿过场区的时间.

图3

答案

arctan2


解析:

设电场强度为E,磁感应强度为B,圆O′的半径为R.粒子的电荷量为q,质量为m,初速度为v.同时存在电场和磁场时,带电粒子做匀速直线运动,有qvB=qE,vT0=2R.

只存在电场时,粒子做类平抛运动,有x=v·

图4

解得y=

由以上式子可知x=y=R,粒子从图中的M点离开电场.

由以上式子得qvB=.

只存在磁场时,粒子做匀速圆周运动,从图4中N点离开磁场,P为轨迹圆弧的圆心.

设半径为r  qvB=

由以上式子可得r=

由图tanθ=R/r=2

所以,粒子在磁场中运动的时间t=·arctan2.

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