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在直角坐标系xOy中,第一象限内存在沿y轴负方向的有界电场,其中的两条边界分别与OxOy重合,电场强度大小为E。在第二象限内有垂直纸面向外的有界磁场(图中未画出),磁场边界为矩形,其中的一个边界与y轴重合,磁感应强度的大小为B。一质量为m,电量为q的正离子,从电场中P以某初速度沿-x方向开始运动,经过坐标(0L)的Q点时,速度大小为,方向与-y方向成30°,经磁场偏转后能够返回电场,离子重力不计。求:

1离子P点的初速度;

2)矩形磁场的最小面积;

3)离子在返回电场前运动的最长时间。

 


答案

1)离子在从PQ在电场力作用下做类平抛运动

由于    所以

2)离子离开磁场后,可能直接进入磁场偏转后返回电场,也可能先直线运动一段距离后再进入磁场偏转后返回电场。

由于     所以

离子离开电场后直接进入磁场偏转圆心角60°

最小宽度

3)离子离开电场后,先直线运动,再进入磁场,最后通过O点返回电场在电场。

随着磁场区域下移,离子在磁场偏转的圆心角增大,运动时间变长。

     在磁场中偏转最长时间t

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