平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。一...
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平面直角坐标系xOy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿x轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到x轴距离的2倍。粒子从坐标原点O离开电场进入电场,最终从x轴上的P点*出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。不计粒子重力,为:
(1)粒子到达O点时速度的大小和方向;
(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。
【回答】
(1)在电场中,粒子做类平抛运动,设Q点到x轴的距离为L,到y轴的距离为2L,粒子的加速度为a,运动时间为t,有
①
②
设粒子到达O点时沿y轴方向的分速度为vy
vy= at③
设粒子到达O点时速度方向与x轴方向的夹角为α,有
④
联立①②③④式得
α=45° ⑤
即粒子到达O点时速度方向与x轴方向的夹角为45°角斜向上。
设粒子到达O点时的速度大小为v,由运动的合成有
⑥
联立①②③⑥式得
⑦
(2)设电场强度为E,粒子电荷量为q,质量为m,粒子在电场中受到的电场力为F,由牛顿第二定律可得
F=ma ⑧
又F=qE ⑨
设磁场的磁感应强度大小为B,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,所受的洛伦兹力提供向心力,有⑩
由几何关系可知
⑪
联立①②⑦⑧⑨⑩⑪式得
⑫
知识点:安培力与洛伦兹力单元测试
题型:计算题
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