如图所示,在直角坐标系xoy的第一、四象限区域内存在两个有界的匀强磁场:垂直纸面向外的匀强磁场I、垂直纸面向里的匀强磁场II,O、M、P、Q为磁场边界和x轴的交点OM=MP=L.在第

◎ 题目

如图所示,在直角坐标系xoy的第一、四象限区域内存在两个有界的匀强磁场:垂直纸面向外的匀强磁场I、垂直纸面向里的匀强磁场II,O、M、P、Q为磁场边界和x轴的交点OM=MP=L.在第三象限存在沿y轴正向的匀强电场.一质量为m、带电荷量为+q的粒子从电场中坐标为(-2L,-L)的点以速度υ0沿+x方向射出,恰好经过原点O处射入区域I又从M点射出区域I(粒子的重力忽略不计).
(1)求第三象限匀强电场场强E的大小;
(2)求区域I内匀强磁场磁感应强度B的大小;
(3)如带电粒子能再次回到原点O,问区域II内磁场的宽度至少为多少?粒子两次经过原点O的时间间隔为多少?

◎ 答案

(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,则有
水平方向:2L=v0t
竖直方向:L=
1
2
qE
m
(
2L
v0
)2

联立解得,E=
m
v20
2qL

(2)设到原点时带电粒子的竖直分速度为vy
vy=
qE
m
t=
qE
m
2L
v0
=v0

则粒子进入磁场时速度大小为 v=

2
v0
,方向与x轴正向成45°
粒子进入区域Ⅰ做匀速圆周运动,由几何知识可得轨迹半径为 R1=

2
2
L

由洛伦兹力充当向心力,则有 Bqv=m
v2
R1

可解得:B=
mv
qR1
=
2mv0
qL

(3)粒子运动轨迹如图.
在区域Ⅱ做匀速圆周的半径为 R2=

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