解题思路:粒子在磁场中运动时,洛伦兹力提供向心力,求出运动的半径,画出运动的轨迹找出相应的几何关系;带电粒子在电场中运动时,电场力提供加速度,粒子做类平抛运动,需要将运动在沿电场线的方向和垂直于电场线的方向分解运动,列出公式,减小求解.
(1)质子在磁场中的轨道半径为R=
mv
qB=0.1m
可见质子的轨道半径与圆形磁场区域的半径正好相等.
沿y轴正方向射入磁场的质子在磁场中偏转[1/4]圆周后,是沿垂直于场强的方向进入电场的,如图所示.它们在磁场中运动的时间为t1=
1
4×
2πm
qB
在电场中的加速度a=
qE
m
在电场中到达x轴的时间为t2,则 R=
1
2at22
联立以上各式,代入数据解得:质子到达x轴所需的时间为 t=t1+t2=1.5×10-7s
(2)如图,质子最终仍以平行于x轴的速度水平射出,在电场中的侧向位移为:y=r-rsin30°
到达x轴的时间由y═
1
2at′2
在电场中的水平位移为x'=vt'
联立以上各式,代入数据解得:质子到达x轴上时,距离O点x=x'+r=20cm
答:(1)沿y轴正方向射入磁场的质子到达x轴所需的时间1.5×10-7s;
(2)沿与x轴正方向成60°角射入磁场的质子到达x轴时的位置20cm.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 该题中带电粒子在磁场和电场的组合场中运动,按照规范化的解题步骤,画出粒子运动的轨迹,找出半径与已知量的几何关系是解题的关键.属于中档题目.