如图所示,在以坐标原点O为圆心,半径为R的半圆形区域内,有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁感应强度为B,磁场方向垂直于x

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  • 分析:(1)带电粒子沿y轴做直线运动,说明粒子的受力平衡,即受到的电场力和磁场力大小相等,从而可以求得电场强度的大小;

    (2)仅有电场时,带电粒子在匀强电场中作类平抛运动,根据类平抛运动的规律可以求得粒子运动加速度大小;

    (3)仅有磁场时,入射速度v′=4v,带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动,由几何关系可以求得圆周运动的半径的大小,由周期公式可以求得粒子的运动的时间.

    (1)设带电粒子的质量为m,电荷量为q,初速度为v,电场强度为E.可判断出粒子受到的洛伦磁力沿x轴负方向,于是可知电场强度沿x轴正方向

    且有 qE=qvB ①

    又 R=vt0 ②

    则 E=

    BR

    t0

    ③

    (2)仅有电场时,带电粒子在匀强电场中作类平抛运动

    在y方向位移 y=v

    t0

    2

    由②④式得 y=

    R

    2

    设在水平方向位移为x,因射出位置在半圆形区域边界上,于是

    x=

    3

    2

    R

    又有 x=

    1

    2

    a(

    t0

    2

    )2 ⑥

    得 a=

    4

    3

    R

    t2 0

    (3)仅有磁场时,入射速度v′=4v,带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动,

    设轨道半径为r,由牛顿第二定律有

    qv′B=m

    v′2

    r

    又 qE=ma ⑨

    由③⑦⑧⑨式得 r=

    3

    3

    R ⑩

    由几何关系 sinα=

    R

    2r

    (11)

    即 sinα=

    3

    2

    所以 α=

    π

    3

    (12)

    带电粒子在磁场中运动周期

    T=

    2πm

    qB

    则带电粒子在磁场中运动时间

    tB=

    2a

    T

    所以 tB=

    3

    π

    18

    t0

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