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(强化班学生做)如图所示,第四象限内有互相正交的匀强电场E与匀强磁场B1,E的大...

(强化班学生做)如图所示,第四象限内有互相正交的匀强电场E与匀强磁场B1,E的大小为0.5×103V/m,B1大小为0.5T.第一象限的某个矩形区域内,有方向垂直纸面向里的匀强磁场B2,磁场的下边界与x轴重合.一质量m=1×10-14kg、电荷量q=1×10-10C的带正电微粒以某一速度v沿与y轴正方向60°角从M点沿直线运动,经P点即进入处于第一象限内的磁场B2区域.一段时间后,微粒经过y轴上的N点并与y轴正方向成60°角的方向飞出.M点的坐标为(0,-10),N点的坐标为(0,30),不计微粒的重力,g取10m/s2.求:
(1)请分析判断匀强电场E1的方向并求出微粒的运动速度v;
(2)匀强磁场B2的大小为多大;
(3)B2磁场区域的最小面积为多少?

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带电粒子在电场与磁场共同作用下做直线运动,则可得洛伦兹力与电场力相平衡.当经过磁场B2区域一段时间后,微粒经过y轴上的N点并与y轴正方向成60°角的方向飞出,粒子在磁场B2区域做匀速圆周运动,若要求出B2磁场区域的最小面积,则且带正电微粒以某一速度v沿与y轴正方向60°角从M点沿直线运动,从N点射出夹角相同.所以运动圆弧与直线MP及N点的速度反方向直线相切. 【解析】 (1)粒子在电场与磁场中做直线运动,速度会引起洛伦兹力的变化,因此微粒必做匀速直线运动,所以洛伦兹力与电场力相平衡.则有 B1qv=qE  解之得:=, 根据左手定则可得运动的正电荷所受洛伦兹力方向为:垂直于初速度方向向上,所以电场力的方向与洛伦兹力方向相反,即垂直于速度方向向下. (2)粒子在磁场B2区域内做一段圆弧运动,画出微粒的运动轨迹如图.则有:微粒做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供, 即, 再 由几何关系可知粒子在第一象限内做圆周运动的半径为    解之得 . (3)由图可知,磁场B2的最小区域应该分布在图示的矩形PACD内. 由几何关系易得PD=2Rsin60°=0.2m   所以,所求磁场的最小面积为.
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考点分析:
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A.T1=T2<T3
B.v1=v2>v3
C.t1=t2<t3
D.a1=a2>a3
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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