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在平面直角坐标系xOy中,第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第IV象限存在垂直...

在平面直角坐标系xOy中,第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第IV象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成60°角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图所示.不计粒子重力,求
(1)M、N两点间的电势差UMN; 
(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;
(3)粒子从M点运动到P点的总时间t.

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(1)粒子垂直于电场进入第一象限,粒子做类平抛运动,由到达N的速度方向可利用速度的合成与分解得知此时的速度,在应用动能定理即可求得电场中MN两点间的电势差. (2)粒子以此速度进入第四象限,在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动,先画出轨迹图,找出半径;利用洛伦兹力提供向心力的公式,可求出在磁场中运动的半径. (3)粒子的运动分为两部分,一是在第一象限内做类平抛运动,二是在第四象限内做匀速圆周运动,分段求出时间,相加可得总时间. 【解析】 (1)粒子在第一象限内做类平抛运动,进入第四象限做匀速圆周运动.设粒子过N点的速度为v,有 得:v=2v 粒子从M点到N点的过程,由动能定理有: 解得: (2)粒子在磁场中以O′为圆心做匀速圆周运动(如图所示),半径为O′N,有: 解得: (3)由几何关系得: ON=rsinθ 设粒子在电场中运动的时间为t1,则有: ON=vt1 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为: 设粒子在磁场中运动的时间为t2,有: 得: 运动的总时间为: t=t1+t2 即: 答:(1)M、N两点间的电势差; (2)粒子在磁场中运动的轨道半径为; (3)粒子从M点运动到P点的总时间为.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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