Question

如图所示，在坐标系Oxy的第一象限中存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为E．在其他象限中存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．A是y轴上的一点，它到坐标原点O的距离为h；C是x轴上的一点，到O的距离为l．一质量为m、电荷量为q的带负电的粒子以某一初速度沿x轴方向从A点进入电场区域，继而同过C点进入磁场区域，并再次通过A点，此时速度与y轴正方向成锐角．不计重力作用．试求：
（1）粒子经过C点时速度的大小和方向（用tanθ表示即可）；
（2）磁感应强度的大小B．

Answer

（1）粒子在电场作用下做类平抛运动，加速度沿y轴负方向，根据平抛运动的基本公式可求出初速度，再根据圆周运动的对称性求出C点进入磁场时的速度为v，方向可通过几何关系求解．
（2）粒子从C点进入磁场后在磁场中做速率为v的圆周运动．通过几何关系表示出轨道半径R，进而求出B．
【解析】
（1）以a表示粒子在电场作用下的加速度，有qE=ma     ①
加速度沿y轴负方向．设粒子从A点进入电场时的初速度为v，由A点运动到C点经历的时间为t，
则有 h=   ②
l=vt        ③
由①②得：④
 设粒子从C点进入磁场时的速度为v，v垂直于x轴的分量⑤
由①④⑤式得  =⑥
设粒子经过C点时的速度方向与x轴夹角为α，则有tanα=⑦
  由④⑤⑦式得α=arctan⑧
（2）粒子从C点进入磁场后在磁场中做速率为v的圆周运动．若圆周的半径为R，则有qvB=⑨
设圆心为P，则PC必与过C点的速度垂直，且有．用β表示PA与y轴的夹角，

由几何关系得Rcosβ=Rcosα+h⑩
Rsinβ=l-RsinαⅠ
由⑧⑩Ⅰ式得：Ⅱ
 由⑥⑨Ⅱ式得； 
答：（1）粒子经过C点时速度的大小为，方向为arctan；（2）磁感应强度的大小B为．