如圖所示,真空中有一以(r,0)為圓心、半徑為r的圓柱形勻強磁場區(qū)域,磁場的磁感應強度大小為B方向垂直紙面向里,在y≥r的范圍內(nèi),有方向向左的勻強電場,電場強度大小E。從O點向不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,質(zhì)子的運動軌跡均在紙面內(nèi),已知質(zhì)子的電量為e,質(zhì)量為m,質(zhì)子在磁場中的偏轉(zhuǎn)半徑也為r,不計重力及阻力作用。求:
(1)質(zhì)子進入磁場時的速度大。
(2)速度方向沿x軸正方向射入磁場的質(zhì)子,到達y軸所需的時間;
(3)速度方向與x軸正方向成30°角(如圖中所示)射入磁場的質(zhì)子,到達y軸時的位置坐標。
解:(1)質(zhì)子射入磁場后做勻速圓周運動,洛倫茲力提供向心力

(2)質(zhì)子沿x軸正方向射入磁場,經(jīng)圓弧后以速度v垂直于電場方向進入電場,
所以質(zhì)子在磁場中的運動時間為
質(zhì)子進入電場后做類平拋運動,沿電場方向運動r后到達y軸,因此有
故所求時間為:
(3)質(zhì)子在磁場中轉(zhuǎn)過120°角后從P點垂直電場方向進入電場,如圖所示,質(zhì)子出P點后先做一小段距離的勻速直線運動,設質(zhì)子在電場中運動到達y軸所需時間為t3,則由運動學知識可得

由幾何知識可得x1=r+rsin30°
解得
在y軸方向質(zhì)子做勻速直線運動,因此有
所以質(zhì)子到達y軸的位置坐標為
練習冊系列答案
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2
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,電子束經(jīng)M、N、P三點時沿x軸的分速度之比為
 

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