在如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ为45°且斜向上方.现有一质量为m、

◎ 题目

在如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ为45°且斜向上方.现有一质量为m、电量为q的正离子,以速度v0由y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场,该离子在磁场中运动一段时间后从x轴上的C点进入电场区域,该离子经C点时的速度方向与x轴夹角为45°.不计离子的重力,设磁场区域和电场区域足够大. 求:
(1)C点的坐标;
(2)离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间;
(3)离子第四次穿越x轴时速度的大小及速度方向与电场方向的夹角.
魔方格

◎ 答案

(1)磁场中带电粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动,故有qvB=m
v2
r
得  r=
mv
qB


魔方格

 粒子运动轨迹如图所示,由几何知识知,
   xc=-(r+rcos45o)=-
(2+

2
)mv
2qB

故C点坐标为(-
(2+

2
)mv
2qB
,0)
(2)T=
2πm
qB

设粒子从A到C的时间为t1,由几何知识知:t1=
5
8
T=
5
4
πm
qB

设粒子从进入电场到返回C的时间为t2,其在电场中做匀变速运动,由牛顿第二定律和运动学公式,有
   qE=ma  及2v0=at2
联立(6)(7)解得  t2=
2mv0
qE

设粒子再次进入磁场后在磁场中运动的时间为t3,由题意知t3=
1
4
T=
πm
2qB

所以粒子从A点到第三次穿越x轴的时间为t=t1+t2+t3=
7πm
4qB
+
2mv0
qE

(3)粒子从第三次过x轴到第四次过x轴的过程是在电场中做类平抛的运动,即沿着v0
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