如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在-m ≤ x ≤ 0的区域内有磁感应强度大小B=4.0×10-4 T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场,其左边界与x轴交于P点;在x>0的区域内有电场强度大小E=4 N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场,其宽度d=2 m.一质量m=6.4×10-27 kg、电荷量q=-3.2×10-19 C的带电粒子从P点以速度v=4×104 m/s,沿与x轴正方向成α=60°角射入磁场,经磁场、电场偏转后,最终通过x轴上的Q点(图中未标出),不计粒子重力。
32.求:带电粒子在磁场中运动的轨道半径;
33.带电粒子在磁场中的运动时间;
34.当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标;
35.若只改变上述电场强度的大小,要求带电粒子仍能通过Q点,讨论此电场左边界的横坐标x′与电 场强度的大小E′的函数关系。
r=2m
洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:qvB= , 代入数据得:r=2m
本题主要考查了带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.
粒子在匀强磁场中由洛伦兹力提供向心力,做匀速圆周运动,由牛顿第二定律求出半径,作出轨迹,由几何知识找出圆心角,求出运动时间.
关键是运用几何知识画出粒子的运动轨迹.
带电粒子在磁场中运动时间为t=5.23×10-5s。
轨迹如图交y轴于C点,过P点作v的垂线交y 轴于O1点,由几何关系得O1为粒子运动轨迹的圆心,且圆心角为60°。在磁场中运动时间t==× 代入数据得:t=5.23×10-5 s (同样给分)
本题主要考查了带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.
粒子进入匀强电场,只受电场力,做类平抛运动,根据运动的分解,求出粒子离开电场时的速度偏向角为θ,由数学知识求出Q点的横坐标。
关键是运用几何知识画出粒子的运动轨迹.
当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标x=5m。
带电粒子离开磁场垂直进入电场后做类平抛运动,粒子在电场中加速度a==2.0×108 m/s2[
运动时间t1==5.0×10-5 s
沿y方向分速度vy=at1=1.0×104 m/s
沿y方向位移y=at=0.25 m
粒子出电场后又经时间t2达x轴上Q点
t2==7.5×10-5 s
故Q点的横坐标为x=d+vt2=5.0 m
关键是运用几何知识画出粒子的运动轨迹.
电场左边界的横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系为E′=
电场左边界的横坐标为x′ 当0<x′<3 m时
设粒子离开电场时的速度偏向角为θ′,
则: tanθ′=
又:tanθ′=
由上两式得:E′=
当3 m≤x′≤5 m时,如图有
y=at2=
将y=1 m及各数据代入上式得:
E′=
讨论当0<x′<3m时,Q点在电场外面右侧,画出轨迹,研究速度偏向角,求出横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系.当3m≤x'≤5m时,Q点在电场里,画出轨迹,研究偏转距离y,求出横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系.
关键是运用几何知识画出粒子的运动轨迹.