Question

9．如圖所示，X軸上方存在場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，XX軸下方是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m，電荷量為為+q的粒子，在Y軸上P點(diǎn)由靜止釋放，已知點(diǎn)P點(diǎn)的縱坐標(biāo)y=b，求：
（1）釋放進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度；
（2）粒子第四次通過X軸的位置；
（3）粒子從釋放到第三次通過X軸所用的時(shí)間．

Answer 1

分析 （1）在電場(chǎng)中是直線加速，根據(jù)動(dòng)能定理列式求解進(jìn)入磁場(chǎng)的速度；
（2）在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)圓周后進(jìn)入電場(chǎng)，做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，再次進(jìn)入磁場(chǎng)后做做勻速uanguidao圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)圓周第4次經(jīng)過x軸；根據(jù)牛頓第二定律列式求解圓軌道的軌道半徑，結(jié)合幾何關(guān)系得到第四次通過X軸的位置；
（3）在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過程，根據(jù)t=$\frac{θ}{2π}T$列式求解時(shí)間；在電場(chǎng)中過程，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解時(shí)間．

解答 解：（1）在電場(chǎng)中是直線加速過程，有：
$qEb=\frac{1}{2}m{v^2}$
解得：v=$\sqrt{\frac{2qEb}{m}}$
（2）粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛侖茲力提供向心力，故：
$qvB=m\frac{v^2}{r}$
解得：$r=\frac{mv}{qB}$
畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖所示：

故粒子第四次通過X軸的位置坐標(biāo)為：
x=4r=$\frac{4mv}{qB}$
（3）粒子從釋放到第三次通過X軸過程是正向下通過x軸，在（2r，0）位置；從釋放到第一次通過x軸過程，根據(jù)動(dòng)量定理，有：qEt₁=mv
解得：${t_1}=\frac{mv}{qE}=\sqrt{\frac{2mb}{qE}}$
經(jīng)過半個(gè)圓周的時(shí)間為：${t_2}=\frac{T}{2}=\frac{πm}{qB}$
第二次通過x軸是向上，到第三次通過x軸的過程的時(shí)間：${t_3}=2{t_1}=2\sqrt{\frac{2mb}{qE}}$
故粒子從釋放到第三次通過X軸所用的時(shí)間：$t={t_1}+{t_2}+{t_3}=3\sqrt{\frac{2mb}{qE}}+\frac{πm}{qB}$
答：（1）釋放進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為$\sqrt{\frac{2qEb}{m}}$；
（2）粒子第四次通過X軸的位置坐標(biāo)為（$\frac{4mv}{qB}$，0）；
（3）粒子從釋放到第三次通過X軸所用的時(shí)間為$3\sqrt{\frac{2mb}{qE}}+\frac{πm}{qB}$．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵是分勻變速直線運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，要畫出軌跡，結(jié)合幾何關(guān)系、牛頓第二定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理列式分析，不難．