Question

24.

如圖所示，在y＞0的空間中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y＜0的空間中，存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直xy平面（紙面）向外。一電量為q、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動(dòng)粒子，經(jīng)過(guò)y軸上y=h處的點(diǎn)P₁時(shí)速率為v₀，方向沿x軸正方向；然后，經(jīng)過(guò)x軸上x=2h處的P₂點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并經(jīng)過(guò)y軸上y=－2h處的P₃點(diǎn)。不計(jì)重力。求：

（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。

（2）粒子到達(dá)P₂時(shí)速度的大小和方向。

（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。

Answer 1

24.

(1) 粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示。設(shè)粒子由P₁到P₂的時(shí)間為t，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E，粒子在電場(chǎng)中的加速度為a，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有：

qE=ma                  ①

v₀t=2h                   ②

h=at²                                 ③

由①、②、③式解得

E=               ④

(2)粒子到達(dá)P₂時(shí)速度沿x方向的分量仍為v₀，以v₁表示速度沿y方向分量的大小，v表示速度的大小，θ表示速度和x軸的夾角，則有

v=2ah                ⑤

v=          ⑥

tgθ＝             ⑦

由②、③、⑤式得

v₁=v₀                                        ⑧

由⑥、⑦、⑧式得

v=v₀                               ⑨

θ=45°                ⑩

(3)設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在洛倫茲力作用下粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律

qvB=            ⑾

r是圓周的半徑、此圓周與x軸和y軸的交點(diǎn)為P₂、P₃，因?yàn)?I>OP₂=OP₃，θ=，由幾何關(guān)系可知，連線P₂P₃為圓軌道的直徑，由此可求得

r=h                 ⑿

由⑨、⑾、⑿可得：

B=                ⒀