(09年滨海新区重点学校联考)(15分) 如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限内有沿y轴负方向的匀强电场,第四象限内无电场和磁场。质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经N和x轴上的P点最后又回到M点。设
,求:
(1)电场强度E的大小。
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向。
(3)粒子从M点进入电场,经N、P点最后又回到M点所用的总时间。
(09年滨海新区重点学校联考)(15分) 如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限内有沿y轴负方向的匀强电场,第四象限内无电场和磁场。质量为m、带电量为q的粒子从M点以速度沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经N和x轴上的P点最后又回到M点。设
,求:
(1)电场强度E的大小。
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向。
(3)粒子从M点进入电场,经N、P点最后又回到M点所用的总时间。
解析:
(1)根据粒子在电场中运动的情况可知,粒子带负电,粒子在电场中运动所用的时间设为
x方向:,y方向:
解得:电场强度
(2)设到达N点的速度v,运动方向与x轴负方向的夹角为θ,如图所示。
由动能定理得:
将代入得:
因为,所以
粒子在磁场中做匀速圆周运动,经过P点时速度方向也与x负方向成45°,从到M作直线运动OP=OM=L,所以。
粒子在磁场中的轨道半径为
洛仑兹力充当向心力,根据牛顿第二定律有得
联立解得:,方向垂直纸面向里。
(3)粒子在电场中运动的时间为
设粒子在磁场中运动所用的时间为,有
从P离开磁场作匀速直线运动到M所用的时间为
粒子从M点进入电场,经N、P点最后又回到M点所用的时间为: