解题思路:(1)粒子在复合场中做匀速直线运动,抓住电场力和洛伦兹力相等求出粒子的速度大小.
(2)根据粒子在磁场中的半径公式求出轨道半径的大小,从而确定O点为圆心,作出运动的轨迹,根据几何关系求出Q点到O点的距离.
(3)OQ=0.5m,知OQ的长度等于粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径,结合几何关系求出圆心角的大小,通过t=
θ
2π
T
求出粒子在第一象限磁场中运动的时间.
(1)粒子在第二象限内运动时受力平衡,有:qE=qvB
解得粒子的速度大小为:v=
E
B=
2.0×104
0.2=1.0×105 m/s;
(2)粒子在第一象限内做匀速圆周运动,设半径为R,有qvB=m
v2
R
得:R=
mv
qB
代入数据解得:R=0.5m.
可知,粒子做圆周运动的圆心即为坐标原点O,
其运动轨迹如答图1所示.
设轨迹与射线OP的交点为A,
显然
.
OA=R=0.5m
则
.
OQ=
.
OA
sinθ=
0.5
sin60°=
3
3≈0.58m.
(3)如答图2所示,设粒子做圆周运动的圆心为O′,其运动轨迹与射线OP的交点为A,过A分别向x轴、y轴作垂线,垂足分别为C点和D点,由几何关系有:
.
AD=
.
O′Asinβ,
.
AC=
.
AD
tanθ,
.
CQ=
.
AC
tanα,
.
OQ=
.
OC+
.
CQ,α=β,
联立以上各式,整理得:
sinα+
cosα
3
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: 解决本题的关键知道粒子在复合场中做匀速直线运动,在磁场中做匀速圆周运动,掌握圆周运动的半径公式和周期公式,本题对数学几何能力的要求较高,在平时的学习中需加强训练.