Question

如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)存在勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)沿y軸的負(fù)向；在y＜0的空間中，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直xy平面（紙面）處外．一帶電量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子，從y軸的P₁點(diǎn)以v0的速度垂直y軸射入第一象限內(nèi)，經(jīng)過電場后從x軸上x=2h的P₂點(diǎn)以α角射入x軸下方的勻強(qiáng)磁場．（重力不計(jì)）
（1）求P₁到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離及電場強(qiáng)度的大小；
（2）帶電粒子通過y軸下方的磁場偏轉(zhuǎn)之后，打在x軸負(fù)向x=-h的P₃點(diǎn)并由該點(diǎn)射入第二象限內(nèi)．如果當(dāng)粒子進(jìn)入第二象限的同時(shí)，在第二象限內(nèi)加一方向與帶電粒子速度方向相反的勻強(qiáng)電場，使得帶電粒子在到達(dá)y軸之前速度減為0，然后又返回磁場中．請求出帶電粒子第四次經(jīng)過x軸時(shí)的坐標(biāo)及之前在磁場中運(yùn)動的總時(shí)間；
（3）請?jiān)谧鴺?biāo)系上大致畫出帶電粒子在第四次經(jīng)過x軸以前的運(yùn)動軌跡．

Answer 1

【答案】分析：（1）帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，由運(yùn)動的合成和分解法，根據(jù)牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合求解P₁到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離及電場強(qiáng)度的大�。�
（2）（3）帶電粒子進(jìn)入磁場后由洛倫茲力提供向心力而做勻速圓周運(yùn)動，進(jìn)入第二象限時(shí)，在勻強(qiáng)電場中做有往復(fù)的勻變速直線運(yùn)動，畫出帶電粒子第四次經(jīng)過x軸以前的運(yùn)動軌跡，根據(jù)幾何知識求出坐標(biāo)．
解答：解：
（1）對帶電粒子在P₂，由運(yùn)動的合成和分解得
   v_y=vtanα
又  v_y=at
   a=
  水平方向：t=
  豎直方向：y=
由以上各式得  E=，y=htanα
（2）如右圖  P₄=-（△x+h），
由幾何知識得△x=2Rsinα
根據(jù)牛頓第二定律得
  qvB=m
得 R=
由以上各式求得：△x=3h，則P₄的坐標(biāo)是（-4h，0）
由于帶電粒子兩次在磁場中運(yùn)動的過程正好拼成一個(gè)完整的圓，所以在磁場中總的運(yùn)動時(shí)間為
   t_總=
（3）所描軌跡如右圖所示．
答：（1）P₁到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為htanα，電場強(qiáng)度的大小是；
（2）帶電粒子第四次經(jīng)過x軸時(shí)的坐標(biāo)為（-4h，0），之前在磁場中運(yùn)動的總時(shí)間為．
點(diǎn)評：本題的解題關(guān)鍵是畫出帶電粒子的運(yùn)動軌跡，運(yùn)用幾何知識求出坐標(biāo)與軌跡半徑的關(guān)系．