Question

如图所示，在坐标系xoy中，x轴上方存在匀强磁场，方向垂直于xoy向里；在x轴下方存在匀强电场，电场强度为E，电场方向与xoy平面平行，且与x轴成夹角。一质量为m，电荷量为q（q>0）的粒子从y轴上 (0, )点静止释放。一段时间后粒子进入磁场，且从y轴上的（图中未画出）垂直于y轴飞入第二象限。不计粒子重力。求：

（1）粒子第一次进入磁场时的速度大小；

（2）磁场的磁感应强度B及粒子第一次在磁场中运动的时间；

（3）粒子第三次到达x轴的位置。

Answer

（1）,（2）,（3）.

【解析】试题分析：（1）粒子只在电场中沿电场线运动，由动能定理可求得粒子进入磁场的速度；

（2）根据题意可明确粒子的运动轨迹，再根据洛仑兹力充当向心力可求得磁感应强度；根据所对应的圆心角可求得时间；

（3）粒子第二次进入电场时，做类平抛运动，由运动的合成和分解可求得粒子回到x轴时的坐标．

【解析】
（1）粒子由静止开始沿电场线运动，由题意可知，粒子运动的位移为x==2d；

则由动能定理可知：Eq2d=mv2；

解得：v=2；

（2）粒子在磁场中运动的轨迹如图所示；因粒子进入磁场时的速度方向与x轴成45度角，由几何关系可知，

R==2d；

则由Bqv=m可知：

B==；

粒子第一次在磁场中转过的圆心角为：270°；故时间t==；

（3）粒子第二次经过x轴时，速度方向与水平方向夹角为45°；垂直于电场线进入电场区域；

则粒子在电场中做类平抛运动，由类平抛运动的规律可知：

x=vt

y=

=tan45°=1；

解得：t=

则x=；

由几何关系可知：第三次到达x轴上的位移为：x==8d

故粒子在O点右侧，距离为8d﹣d=7d；

故第三次到达x轴的坐标为：（7d，0）

答：（1）粒子第一次进入磁场时的速度大小为2；

（2）磁场的磁感应强度B为；粒子第一次在磁场中运动的时间为；

（3）粒子第三次到达x轴的位置为（7d，0）