Question

1．如圖所示，空間勻強(qiáng)電場(chǎng)E沿-y方向，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B沿-z方向．有一電荷量為q，質(zhì)量為m的帶正電粒子，從O點(diǎn)沿+x軸方向以初速度v₀=$\frac{2E}{B}$射入場(chǎng)區(qū)，粒子的重力忽略不計(jì)，求：
（1）此帶電粒子距x軸的最大距離；
（2）此帶電粒子的軌跡與x軸相切的所有點(diǎn)的坐標(biāo)x所滿(mǎn)足的條件．

Answer 1

分析 （1）粒子的運(yùn)動(dòng)可以看做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑與周期公式求出最大距離．
（2）作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出粒子沿x軸的位移，然后分析答題．

解答 解：（1）令v₀=v₁+v′=$\frac{2E}{B}$，其中v₁=$\frac{E}{B}$，v′=$\frac{E}{B}$其方向與v₀方向相同． 
則帶電粒子的運(yùn)動(dòng)可視為速度為v₁=$\frac{E}{B}$的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)與速度為v′的逆時(shí)針?lè)较虻膭蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，
運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，其圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和周期分別為：R=$\frac{mv′}{qB}$=$\frac{mE}{q{B}^{2}}$，T=$\frac{2πm}{qB}$，
故帶電粒子將做螺旋線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖中實(shí)線(xiàn)所示，
M點(diǎn)為粒子距x軸的最遠(yuǎn)點(diǎn)．在這一點(diǎn)粒子的速度：v_M=v₁-v′=0，
它到x軸的距離為：y_m=2R=$\frac{2mE}{q{B}^{2}}$；
（2）如圖P點(diǎn)為粒子運(yùn)動(dòng)軌跡與x軸的相切點(diǎn)，
且粒子在該點(diǎn)的速度為：v_P=v₁+v′=$\frac{2E}{B}$，
其與x軸的切點(diǎn)坐標(biāo)為：x_p=v₁T=$\frac{E}{B}$×$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{2πmE}{q{B}^{2}}$，
根據(jù)運(yùn)動(dòng)的周期性，粒子與x軸的所有相切點(diǎn)的坐標(biāo)為
x=nx_p=v₁nT=$\frac{E}{B}$×n$\frac{2πm}{qB}$=$\frac{2nπmE}{q{B}^{2}}$　（n=1、2、3、…）；
答：（1）此帶電粒子距x軸的最大距離為$\frac{2mE}{q{B}^{2}}$；
（2）此帶電粒子的軌跡與x軸相切的所有點(diǎn)的坐標(biāo)x所滿(mǎn)足的條件是：$\frac{2nπmE}{q{B}^{2}}$�。╪=1、2、3、…）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了粒子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)的合成與分解觀點(diǎn)是解題的關(guān)鍵，分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程、作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑公式與周期公式、應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可以解題．