(2010•荆州二模)如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度B1=0.20T,方向垂

1个回答

  • 解题思路:(1)带电粒子电场力与洛伦兹力平衡时,即可求解;

    (2)离子在洛伦兹力作用下,做匀速圆周运动,由牛顿第二定律可求出半径;离子在电场中做匀减速运动,根据运动学公式可求出发生位移,从而确定离子的运动时间,从而即可求解;

    (3)根据左手定则,可确定离子偏转方向,由几何特性,可知离子再次进入电场后做类平抛运动,从而根据平抛运动的规律,运用运动的合成与分解,即可求解.

    (1)设离子的速度大小为v,由于沿中线PQ做直线运动,则有:qE1=qvB1

    代入数据解得:v=5×105m/s,

    (2)离子进入磁场,做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有:qvB2=m

    v2

    r

    代入数据解得:r=0.2 m,

    作出离子的运动轨迹,交OA边界于N,如图所示:OQ=2r,

    若磁场无边界,一定通过O点,则圆弧QN的圆周角为45°,

    则轨迹圆弧的圆心角为θ=90°,过N点做圆弧切线,方向竖直向下,

    离子垂直电场线进入电场,做匀减速运动,

    离子在磁场中运动为:t1=

    1

    4T=

    πm

    2qB=

    π×8.0×10−26

    2×8.0×10−19×0.25=2π×10−7s

    离子在电场中的加速度:a=

    F

    m=

    qE

    m=

    8.0×10−19×5.0×105

    8.0×10−26=5.0×1012m/s2

    而离子在电场中来回运动时间为:t2=2

    v

    a=2×

    5×105

    5.0×1012s=2.0×10−7s;

    所以离子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所需的时间为:t=t1+t2=(2π+2)×10-7s=8.3×10-7s.

    (3)离子当再次进入磁场后,根据左手定则,可知洛伦兹力水平向右,导致离子向右做匀速圆弧运动,恰好完成 [1/4]周期,当离子再次进入电场后,做类平抛运动,由题意可知,类平抛运动的速度的方向位移与加速度的方向的位移相等,根据运动学公式,则有:vt3=

    1

    2a

    t23,

    代入数据解得:t3=2×10-7s

    因此离子沿着速度的方向的位移为:x3=vt3=0.1m,

    所以离子第四次穿越边界线的x轴的位移为:x=R+R+x3=0.2m+0.2m+0.1m=0.5m,

    则离子第四次穿越边界线的位置的坐标为(0.5m,0.5m)

    答案:(1)离子在平行板间运动的速度大小5.0×105m/s.

    (2)离子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所需的时间为8.3×10-7s.

    (3)离子第四次穿越边界线的位置坐标(0.5m,0.5m).

    点评:

    本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.

    考点点评: 考查带电粒子做匀速圆周运动与类平抛运动中,用牛顿第二定律与运动学公式,并结合几何关系来处理这两种运动,强调运动的分解,并突出准确的运动轨迹图.

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