Question

（22分）如圖所示，在x軸下方的區(qū)域內(nèi)存在方向與y軸相同的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E.在x軸上方以原點(diǎn)O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于xy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.y軸下方的A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為d，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從A點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)電場(chǎng)加速后從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)．不計(jì)粒子的重力作用．

（1）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r.
（2）要使粒子進(jìn)入磁場(chǎng)之后不再經(jīng)過x軸，電場(chǎng)強(qiáng)度需大于或等于某個(gè)值E₀，求E₀.
（3）若電場(chǎng)強(qiáng)度E等于第（2）問E₀的，求粒子經(jīng)過x軸時(shí)的位置．

Answer 1

（1）r＝��；（2）E₀＝；（3）R。

解析試題分析；（1）粒子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得
qEd＝mv²�、� （2分）
粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做圓周運(yùn)動(dòng)，有
qvB＝m�、�  （2分）
解得粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑
r＝�、�  （2分）
（2）粒子之后恰好不再經(jīng)過x軸，則離開磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與x軸平行，運(yùn)動(dòng)情況如圖①，
可得R＝r�、� （3分） 由以上各式解得  E₀＝  （3分）
（3）將E＝E₀代入可得磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑  r＝　⑥   （2分）
粒子運(yùn)動(dòng)情況如圖②，圖中的角度α、β滿足
cosα＝＝   （2分）   即α＝30°　⑦  （2分）   β＝2α＝60°�、� （2分）
粒子經(jīng)過x軸時(shí)的位置坐標(biāo)為
x＝r＋�、� （2分）
解得x＝R.　⑩ （2分）
考點(diǎn)：帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)