Question

如图所示， PQ为一竖直放置的荧光屏，一半径为R的圆形磁场区域与荧光屏相切于O点，磁场的方向垂直纸面向里且磁感应强度大小为B,图中的虚线与磁场区域相切，在虚线的上方存在水平向左的匀强电场，电场强度大小为E,在O点放置一粒子发射源，能向右侧180°角的范围发射一系列的带正电的粒子，粒子的质量为m、电荷量为q,经测可知粒子在磁场中的轨道半径为R，忽略粒子的重力及粒子间的相互作用．求：

(1)如图，当粒子的发射速度方向与荧光屏成60°角时，该带电粒子从发射到达到荧光屏上所用的时间为多少?粒子到达荧光屏的位置距O点的距离为多大? 

(2)从粒子源发射出的带电粒子到达荧光屏时，距离发射源的最远距离应为多少?

Answer

(1) (2)

【解析】

(1)根据洛伦兹力提供向心力得：

解得：

当粒子的发射速度与荧光屏成60°角时，带电粒子在磁场中转过120°角后离开磁场，再沿直线到达图中的M点，最后垂直电场方向进入电场，做类平抛运动，并到达荧光屏，运动轨迹如图所示．

粒子在磁场中运动的时间为：

粒子从离开磁场至进入电场过程做匀速直线运动，竖直位移为：

匀速直线运动为：

由几何关系可得点M到荧光屏的距离为：

设粒子在电场中运动的时间为t3,由匀变速直线运动规律得：

解得

故粒子从发射到达到荧光屏上所用的时间为：

带电粒子在竖直向上的方向上做匀速直线运动，带电粒子到达荧光屏上时有：

带电粒子到达荧光屏时距离O点的位置为：

(2)带电粒子到达荧光屏的最高点时，粒子由磁场的右边界离开后竖直向上运动，且垂直进入电场中做类平抛运动，此时x'=2R 

则

带电粒子在电场中竖直向上运动的距离为：

该带电粒子距离发射源的间距为：