解题思路:(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹后,结合几何关系求解出半径;然后结合洛伦兹力提供向心力列式求解;(2)带电粒子做匀速直线运动,受到的电场力与洛伦兹力平衡,根据平衡条件确定电场力大小和方向,然后进一步求解电场强度;(3)粒子从P点射出后做类似平抛运动,根据类似平抛运动的分位移公式列式求解Q点的坐标;磁场中运动时间根据公式t=θ2πT求解,电场中运动时间根据类似平抛运动的分运动公式列式求解.
(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,轨迹如图所示:
结合几何关系,知:R+Rsin30°=L
解得:R=[2/3L
粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有:
qv0B=m
v20
R]
解得:B=
3mv0
2qL;
(2)根据题中条件知:电场力与洛伦兹力方向相反,大小相等,有:
Eq=qv0B
得带E的大小:E=
3m
v20
2qL
方向向右上与x轴夹角为60°(与y轴夹角为30°);
(3)粒子从P到Q类似平抛
PQsinθ=
Eq
2mt2
PQcosθ=v0t
t=
2
3mv0
3Eq=
4
3
9v0L
PQ=[8L/9]
由题图中:
ON=R+Rsin30°=[3/2R=L
NP=(Rcos30°+Rcos30°)tan60°=3R=2L
OQ=ON+NP+PQ=L+2L+
8
9L=
35
9]L
Q点坐标为:([35/9]L,0)
M到D时间:t1=
1
3T=
4πL
9v0
D到P时间:t2=
Rcos30°+Rcos30°
sin30°v0=
4
3
3v0L
MQ运动的总时间:T=t1+t2+t3=
4πL
9v0+
16
3
9v0L=
4π+16
3
9v0L;
答:(1)匀强磁场磁感应强度B的大小为
3mv0
2qL.
(2)匀强电场的电场强度E的大小为
3m
v20
2qL,方向为向右上与x轴夹角为60°.
(3)Q点坐标及从M点运动到Q点的总时间t为
4π+16
3
9v0L.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动.
考点点评: 本题关键明确粒子的运动规律,然后画出运动轨迹,分磁场中圆周运动、复合场中的匀速运动、电场中类似平抛运动进行研究.