如图所示,半圆有界匀强磁场的圆心O1在x轴上,OO1距离等于半圆磁场的半径,磁感应强度大小为B1.虚线MN平行x轴且与半圆相切于P点.在MN上方是正交的匀强电场和匀强磁场,电场场

◎ 题目

如图所示,半圆有界匀强磁场的圆心O1在x轴上,OO1距离等于半圆磁场的半径,磁感应强度大小为B1.虚线MN平行x轴且与半圆相切于P点.在MN上方是正交的匀强电场和匀强磁场,电场场强大小为E,方向沿x轴负向,磁场磁感应强度大小为B2.B1、B2方向均垂直纸面,方向如图所示.有一群相同的正粒子,以相同的速率沿不同方向从原点O射入第I象限,其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后,恰好在正交的电磁场中做直线运动,粒子质量为m,电荷量为q(粒子重力不计).求:
(1)粒子初速度大小和有界半圆磁场的半径.
(2)若撤去磁场B2,则经过P点射入电场的粒子从y轴出电场时的坐标.
(3)若撤去磁场B2,设粒子进入磁场的初速度与x轴的夹角为θ,试写出粒子打到y轴上的坐标与θ的关系式.

◎ 答案

(1)在MN上方,粒子做匀速直线运动,洛伦兹力与电场力平衡,故qv0B2=Eq;
解得:v0=
E
B2

由题意知粒子在磁场B1中圆周运动半径与该磁场半径相同,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有
qv0B1=m
v20
R
解得R=
mv0
qB1
=
mE
qB1B2

(2)在电场中粒子做类平抛运动:
x=R=
Eqt2
2m

y=v0t=
E
B2

2mR
Eq
=
mE
qB2

2
B1B2

y′=y+R=
mE
qB2
(

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