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  • 如圖,真空有一個半徑r=0.5m的圓形磁場,與坐標(biāo)原點相切,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2×10-3T,方向垂直于紙面向里,在x=r處的虛線右側(cè)有一個方向豎直向上的寬度為L1=0.5m的勻強(qiáng)電場區(qū)域,電

    如圖,真空有一個半徑r=0.5m的圓形磁場,與坐標(biāo)原點相切,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2×10-3T,方向垂直于紙面向里,在x=r處的虛線右側(cè)有一個方向豎直向上的寬度為L1=0.5m的勻強(qiáng)電場區(qū)域,電場強(qiáng)度E=1.5×103N/C.在x=2m處有一垂直x方向的足夠長的熒光屏,從O點處向不同方向發(fā)射出速率相同的荷質(zhì)比
    q
    m
    =1×109C/kg帶正電的粒子,粒子的運(yùn)動軌跡在紙面內(nèi),一個速度方向沿y軸正方向射入磁場的粒子,恰能從磁場與電場的相切處進(jìn)入電場.不計重力及阻力的作用.求:

    (1)粒子進(jìn)入電場時的速度和粒子在磁場中的運(yùn)動的時間?
    (2)速度方向與y軸正方向成30°(如圖中所示)射入磁場的粒子,最后打到熒光屏上,該發(fā)光點的位置坐標(biāo).
    物理人氣:974 ℃時間:2020-06-19 09:47:02
    優(yōu)質(zhì)解答
    (1)由題意可知:粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑R=r=0.5m,有:
    Bqv=m
    v2
    R

    可得粒子進(jìn)入電場時的速度:
    v=
    qBR
    m
    =1×109×2×10-3×0.5=1×106m/s
    在磁場中運(yùn)動的時間:
    t1=
    1
    4
    T=
    1
    4
    ×
    2πm
    qB
    1
    2
    ×
    3.14
    1×109×2×10?3
    =7.85×10?7s

    (2)粒子在磁場中轉(zhuǎn)過120°角后從P點垂直電場線進(jìn)入電場,如圖所示:

    在電場中的加速度大小:
    a=
    Eq
    m
    =1.5×103×1×109=1.5×1012m/s2
    粒子穿出電場時:
    vy=at2=a×
    L1
    v
    =1.5×1012×
    0.5
    1×106
    =0.75×106m/s

    tanα=
    vy
    vx
    0.75×106
    1×106
    =0.75                 
    在磁場中:
    y1=1.5r=1.5×0.5=0.75m
    在電場中側(cè)移:
    y2=
    1
    2
    a
    t22
    1
    2
    ×1.5×1012×(
    0.5
    1×106
    )2=0.1875m

    飛出電場后粒子做勻速直線運(yùn)動:
    y3=L2tanα=(2-0.5-0.5)×0.75=0.75m
    故y=y1+y2+y3=0.75m+0.1875m+0.75m=1.6875m 
    則該發(fā)光點的坐標(biāo)(2,1.6875)
    答:(1)粒子進(jìn)入電場時的速度為1×106m/s,粒子在磁場中的運(yùn)動的時間為7.85×10-7s;
    (2)速度方向與y軸正方向成30°射入磁場的粒子,最后出電場的位置坐標(biāo)為(1,0.9375).
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