如图,在xoy平面内,MN和x轴之间有平行于y轴的匀强电场,方向向下,在xoy平面的第一象限内有垂直向里的匀强磁场.y轴上离坐标原点4L的A点处有一电子枪,可以沿+x方向射出速度

◎ 题目

如图,在xoy平面内,MN和x轴之间有平行于y轴的匀强电场,方向向下,在 xoy平面的第一象限内有垂直向里的匀强磁场.y轴上离坐标原点4L的A点处有一电子枪,可以沿+x方向射出速度为v0的电子(质量为m,电量为e).如果电场和磁场同时存在,电子将做匀速直线运动,不计重力的影响.
(1)如果撤去电场,只保留磁场,电子将从x轴上距坐标原点3L的C点离开磁场.求磁感应强度B和电场强度E的大小各多大.
(2)如果撤去磁场,只保留电场,电子将从D离开电场.求D点的横坐标.
(3)如果撤去电场,只保留磁场,电子速度变为V,求电子在磁场中的运动时间.
魔方格

◎ 答案


魔方格
(1)只有磁场时,电子运动轨迹如图1所示
洛伦兹力提供向心力  Bev0=m
v20
R

由几何关系 R2=(3L)2+(4L-R)2
解得:B=
8mv0
25eL

电子做匀速直线运动  Ee=Bev0                        
解得:E=
8m
v20
25eL

魔方格

(2)只有电场时,电子从MN上的D点离开电场,如图2所示
设D点横坐标为x    x=v0t                           
2L=
1
2
eE
m
t2

求出D点的横坐标为x=
5

2
2
L≈3.5L

(3)分四种情况
转动周期为:T=
2πm
eB
,半径为:r=
mv
eB

①当半径r≤2L,速度v≤
2eBL
m
时,电子将从y轴上的某点离开磁场,如图3,
运动时间为半个周期,
t1=
T
2
=
πm
eB
=
25πL
8v0

魔方格

②当半径2L<r<4L,电子速度
2eBL
m
<v<
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