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试卷云
如图所示,竖直平面内有一直角坐标系,其第一、二象限存在一场强为的匀强电场,方向竖直向下,虚线内的圆形区域还存在一方向垂直纸面向里的匀强磁场,该区域圆心的坐标为,半径为。现从点水平向右发射一个初速度为带负电的微粒,发现微粒在电场中做匀速直线运动,进入磁场后发生偏转,并恰好从点射出磁场。已知重力加速度为。
(1)求微粒的比荷和磁场的磁感应强度大小;
(2)若将发射微粒的位置调整为,其他条件不变,求微粒从发射到穿出磁场的时间;
(3)在第(2)问中,微粒会穿过轴进入下方区域,若轴下方区域存在大小也为的匀强电场(图中未画出),并使微粒轨迹发生偏转经过轴某点,该电场朝什么方向时,能使微粒用最短时间到达轴?并求出轨迹与轴交点的坐标。
【答案】(1),;(2);(3)沿轴正向,
【知识点】带电粒子在匀强电场中做类抛体运动的相关计算、带电粒子在叠加场中做匀速圆周运动
【详解】(1)微粒做匀速直线运动所以受力平衡
解得
作出微粒在磁场中的轨迹如图所示
由几何知识得微粒的轨迹圆半径
根据牛顿第二定律
解得
(2)微粒轨迹如图
由几何知识得
设直线运动的时间为
设圆周运动的时间为
故微粒到达点用时
(3)微粒在第四象限轨迹为抛物线,要用时最短通过轴,则电场方向应水平向右水平方向:先匀减速后反向匀加速,初速度
加速度
用时为
竖直方向:匀加速运动,加速度
初速度
下落高度为
解得
故轨迹与轴交点的坐标为。