Question

如圖所示，水平線MN的上方區(qū)域存在場(chǎng)強(qiáng)大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，其方向指向右上方且與MN的夾角θ=45°，MN的下方區(qū)域存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其方向垂直紙面向外．一個(gè)重力不計(jì)、質(zhì)量為m、電量為q的帶負(fù)電粒子，從MN上的O點(diǎn)，以v₀的初速度沿電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，并記為第一次經(jīng)過MN．求：
（1）粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第二次經(jīng)過MN經(jīng)歷的時(shí)間t；
（2）粒子第三次經(jīng)過MN的位置與O之間的距離s；
（3）粒子第四次經(jīng)過MN時(shí)速度v的大�。�

Answer 1

（1）帶負(fù)電粒子進(jìn)入先做勻減速運(yùn)動(dòng)，再反向做勻加速運(yùn)動(dòng)，仍以大小為v₀的速度從O點(diǎn)第二次經(jīng)過MN進(jìn)入磁場(chǎng)，如圖所示，由牛頓第二定律得


   qE=ma，得a=

qE

m

設(shè)粒子做勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t₁，反向做勻加速運(yùn)動(dòng)為t₂，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知，
t₁=t₂=

v0

a

則有
t=t₁+t₂=2

v0

a

=

2mv0

qE

（2）設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，由牛頓第二定律得
   qv₀B=m

v 20

R

，得R=

mv0

qB

粒子第三次經(jīng)過MN的位置為C，則由幾何關(guān)系得 
   s=2Rsinθ=

2 mv0

qB

（3）粒子從C點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)做類平拋運(yùn)動(dòng)，第四次經(jīng)過MN的位置為D，CD方向與粒子在C點(diǎn)的速度v₀方向的夾角為45°，設(shè)粒子從C點(diǎn)到D的時(shí)間為t₃，則
垂直于E方向粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有  s₁=v₀t₃
平行于E方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則有  s₂=

1

2

a

t

23

=

qE

2m

t

23

又tan45°=

s2

s1

聯(lián)立解得  t₃=

2mv0

qE

垂直于E方向的速度大小為 v₁=v₀
平行于E方向的速度大小為  v₂=at₃=

qE

m

?

2mv0

qE

=2v₀
故粒子第四次經(jīng)過MN時(shí)速度v的大小為v=

v 21 + v 22

=

5

v0．
答：（1）粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第二次經(jīng)過MN經(jīng)歷的時(shí)間t是

2mv0

qE

；
（2）粒子第三次經(jīng)過MN的位置與O之間的距離s是

2 mv0

qB

；
（3）粒子第四次經(jīng)過MN時(shí)速度v的大小是

5

v0．