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如图所示,在xoy坐标系中,以(r,0)为圆心、r为半径的圆形区域内存在匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里。在y>r的足够大的区域内,存在沿y轴负方向的匀强
题目详情
如图所示,在xoy坐标系中,以(r,0)为圆心、r为半径的圆形区域内存在匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里。在y>r的足够大的区域内,存在沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E。从O点以相同速率向不同方向发射质子,质子的运动轨迹均在纸面内,且质子在磁场中运动的轨迹半径也为r。已知质子的电荷量为q,质量为m,不计质子所受重力及质子间相互作用力的影响。 (1)求质子射入磁场时速度的大小; (2)若质子沿x轴正方向射入磁场,求质子从O点进入磁场到第二次离开磁场经历的时间; (3)若质子沿与x轴正方向成夹角θ的方向从O点射入第一象限的磁场中,求质子在磁场中运动的总时间。 |
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答案和解析
(1)质子射入磁场后做匀速圆周运动,有 得 (2)质子沿x轴正向射入磁场后,在磁场中运动了 个圆周后,以速度υ逆着电场方向进入电场,原路径返回后,再射入磁场,在磁场中运动了 个圆周后离开磁场 在磁场中运动周期 质子在磁场中运动的时间 进入电场后做匀变速直线运动,加速度大小 质子在电场中运动的时间 所求时间为 = + (3)当质子沿与x轴正方向成夹角θ的方向从第一象限射入磁场时,设质子将从A点射出磁场,如图所示,其中O 1 、O 2 分别为磁场区域圆和质子轨迹圆的圆心。由于轨迹圆的半径等于磁场区域圆的半径,所以OO 1 AO 2 为菱形,即AO 2 平行x轴,说明质子以平行y轴的速度离开磁场,也以沿y轴负方向的速度再次进入磁场 ∠O 2 =90°-θ,所以,质子第一次在磁场中运动的时间t 1 ′ 此后质子轨迹圆的半径依然等于磁场区域圆的半径,设质子将从C点再次射出磁场,如图所示,其中O 1 、O 3 分别为磁场区域圆和质子轨迹圆的圆心,AO 3 平行x轴。由于O 1 AO 3 C为菱形,即CO 1 平行AO 3 ,即平行x轴,说明C就是磁场区域圆与x轴的交点。这个结论与θ无关 所以,OO 2 O 3 C为平行四边形,∠O 3 =90°+θ 质子第二次在磁场中运动的时间t 2 ′ 质子在磁场中运动的总时间t′=t 1 ′+t 2 ′= |
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