Question

如圖a所示，水平直線MN下方有豎直向上的勻強電場，現(xiàn)將一重力不計、比荷

q

m

=10⁶C/kg的正電荷置于電場中的O點由靜止釋放，經(jīng)過

π

15

×10^-5s后，電荷以v₀=1.5×l0⁴m/s的速度通過MN進(jìn)入其上方的勻強磁場，磁場與紙面垂直，磁感應(yīng)強度B按圖b所示規(guī)律周期性變化（圖b中磁場以垂直紙面向外為正，以電荷第一次通過MN時為t=0時刻）．求：
（1）勻強電場的電場強度E
（2）圖b中t=

4π

5

×10^-5s時刻電荷與O點的水平距離
（3）如果在O點右方d=68cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板，求電荷從O點出發(fā)運動到擋板所需的時間．（sin37°=0.60，cos37°=0.80）

Answer 1

（1）電荷在電場中做勻加速直線運動，設(shè)其在電場中運動的時間為t₁，有：
v₀=at₁ Eq=ma
解得：E=

mv0

qt1

=7.2×10³N/C
（2）當(dāng)磁場垂直紙面向外時，電荷運動的半徑：
r1=

mv0

B1q

=5cm
周期T1=

2πm

B1q

=

2π

3

×10-5s
當(dāng)磁場垂直紙面向里時，電荷運動的半徑：r2=

mv0

B2q

=3cm
周期T2=

2πm

B2q

=

2π

5

×10-5s
故電荷從t=0時刻開始做周期性運動，其運動軌跡如圖所示．
t=

4π

5

×10^-5s時刻電荷與O點的水平距離：△d=2（r₁-r₂）=4cm
（3）電荷從第一次通過MN開始，其運動的周期為：T=

4π

5

×10-5s
根據(jù)電荷的運動情況可知，電荷到達(dá)檔板前運動的完整周期數(shù)為15個，有：
電荷沿ON運動的距離：s=15△d=60cm
故最后8cm的距離如圖所示，有：r₁+r₁cosα=d-s
解得：cosα=0.6則 α=53°
故電荷運動的總時間：t總=t1+15T+

1

2

T1-

53°

360°

T1=3.86×10^-4s
答：
（1）勻強電場的電場強度E為7.2×10³N/C．
（2）圖b中t=

4π

5

×10^-5s時刻電荷與O點的水平距離為4cm．
（3）電荷從O點出發(fā)運動到擋板所需的時間為3.86×10^-4s．