Question

6．如圖所示，第二、三象限存在足夠大的勻強電場，電場強度為E，方向平行于紙面向上，一個質(zhì)量為m，電量為q的正粒子，在x軸上M點（-4r，0）處以某一水平速度釋放，粒子經(jīng)過y軸上N點（0，2r）進入第一象限，第一象限存在一個足夠大的勻強磁場，其磁感應強度B=2$\sqrt{\frac{Em}{rq}}$，方向垂直于紙面向外，第四象限存在另一個足夠大的勻強磁場，其磁感應強度B=2$\sqrt{\frac{Em}{rq}}$，方向垂直于紙面向里，不計粒子重力，r為坐標軸每個小格的標度，試求：
（1）粒子初速度v₀；
（2）粒子第1次穿過x軸時的速度大小和方向；
（3）畫出粒子在磁場中運動軌跡并求出粒子第n次穿過x軸時的位置坐標．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)規(guī)律可求得粒子的初速度；
（2）根據(jù)運動的合成和分解可求得粒子進入電場時的速度，再根據(jù)帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律可求得粒子第一次穿過時的速度大小和方向；
（3）根據(jù)帶電粒子在磁場中運動的規(guī)律可明確對應的坐標．

解答 解：（1）粒子在電場中做類平拋運動則x方向：4r=v₀t
y方向：2r=$\frac{1}{2}$at²
qE=ma   
可解得v₀=2$\sqrt{\frac{qEr}{m}}$
（2）結(jié)合x方向：4r=v₀t        
y方向：2r=$\frac{1}{2}$v_yt          
則v_x=v_y
可知粒子射出電場時v=$\sqrt{2}$v₀=2$\sqrt{2}$$\sqrt{\frac{qEr}{m}}$，方向與水平成45°斜向上 
粒子在磁場中運動半徑R=$\frac{mv}{qB}$=$\sqrt{2}$r 
由幾何關(guān)系可知粒子第1次穿過x軸時速度v=2$\sqrt{\frac{2qEr}{m}}$方向與水平成45°斜向左下方．

（3）粒子軌跡如圖所示
分析粒子軌跡可知，粒子第n次穿過x軸時的位置坐標為（2nr，0）
答：（1）粒子初速度v₀為2$\sqrt{\frac{qEr}{m}}$；
（2）粒子第1次穿過x軸時的速度大小2$\sqrt{\frac{2qEr}{m}}$方向與水平成45°斜向左下方
（3）畫出粒子在磁場中運動軌跡并求出粒子第n次穿過x軸時的位置坐標（2nr，0）．

點評 本題考查帶電粒子在電場和磁場中的運行規(guī)律，要注意明確帶電粒子在磁場中的運動規(guī)律分析，能正確利用洛倫茲當向心力公式求出半徑，根據(jù)幾何關(guān)系進行分析求解．