如图所示,在平面直角坐标系xoy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一粒子源固定在x轴上的A点,A点坐标为(-L,0)。粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子,电子恰好能通过y轴上的C点,C点坐标为(0,2L),电子经过磁场后恰好垂直通过第一象限内与x轴正方向成
角的射线ON (已知电子的质量为m,电荷量为e,不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用)。
求:
(1)第二象限内电场强度E的大小;
(2)粒子到达C点时速度vC的大小和方向
(3)圆形磁场的最小半径R。
(1)
(2)
(3)
解析:
(1)从A到C的过程中,电子做类平抛运动,有:
…………………………………………………………(2分)
2L=vt …………………………………………………………(2分)
解得:
……………………………………………………… (2分)
(2)设电子到达C点的速度大小为vC,方向与y轴正方向的夹角为
。
由动能定理,有…………
…………………………… (2分)
解得
………………………………………………(2分)
得
(2分)
(3)画轨迹如右图所示。
电子在磁场中做匀速圆周运动的半径
……………………………(2分)
电子在磁场中偏转
后垂直于ON射出。磁场最小半径为:
………………………………………………… (2分)
解得
………………………………………………(2分)