(2013?广元模拟)如图所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大
(2013?广元模拟)如图所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y=r的虚线上方足够大的范围内,有...
(2013?广元模拟)如图所示,真空中有以(r,0)为圆心,半径为r的圆形匀强磁场区域,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,在y=r的虚线上方足够大的范围内,有水平向左的匀强电场,电场强度的大小为E.从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内,且质子在磁场中的偏转半径也为r,已知质子的电荷量为q,质量为m,不计重力、粒子间的相互作用力及阻力的作用.求:(1)质子射入磁场时速度的大小;(2)沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间;(3)与x轴正方向成30°角(如图所示)射入的质子,到达y轴时的速度大小.
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(1)根据题意知,质子进入磁场后在洛伦兹力作用下做半径为r的匀速圆周运动,所以有:
qvB=m
,得到质子圆周运动的速度v=
;
(2)质子沿x轴下向射入磁场经过
圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场,在磁场中运动周期T=
=
,在磁场中运动的时间t1=
T=
质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后到达y轴,质子在电场中的加速度a=
=
质子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,到达y轴时有r=
a
质子在电场中运动时间t2=
所以沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间t=t1+t2=
+
;
(3)如图:
质子在磁场中转过120°角后从P点垂直于电场线进入电场
P点距y轴的距离x1=r+rsin30°=1.5r ①
由动能定理得:qEx1=
m
?
m
②
由①②得质子到达y轴时的速度v2=
qvB=m
v2 |
r |
qBr |
m |
(2)质子沿x轴下向射入磁场经过
1 |
4 |
2πr |
v |
2πm |
qB |
1 |
4 |
πm |
2qB |
质子进入电场后做类平抛运动,沿电场方向运动r后到达y轴,质子在电场中的加速度a=
F |
m |
qE |
m |
质子在电场方向做初速度为0的匀加速直线运动,到达y轴时有r=
1 |
2 |
t | 2 2 |
质子在电场中运动时间t2=
|
所以沿x轴正方向射入磁场的质子,到达y轴所需的时间t=t1+t2=
πm |
2qB |
|
(3)如图:
质子在磁场中转过120°角后从P点垂直于电场线进入电场
P点距y轴的距离x1=r+rsin30°=1.5r ①
由动能定理得:qEx1=
1 |
2 |
v | 2 2 |
1 |
2 |
v | 2 1 |
由①②得质子到达y轴时的速度v2=
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