在如图所示的空间区域里,x轴下方有一匀强电场,场强方向跟x轴负方向成60°角,大小为E=83×105N/C,x轴上方有一垂直纸面向里的匀强磁场,有一质子以速度υ=2.0×106m/s由x轴上A点(OA=20cm)从与x轴正方向成30°角射入磁场,恰好从坐标原点O穿过x轴射入电场,已知质子质量m=1.6×10-27kg,求(1)匀强磁场的磁感应强度;(2)质子经过电场后,再次射入磁场的位置.

问题描述:

在如图所示的空间区域里,x轴下方有一匀强电场,场强方向跟x轴负方向成60°角,大小为E=

8
3
×105N/C,x轴上方有一垂直纸面向里的匀强磁场,有一质子以速度υ=2.0×106m/s由x轴上A点(OA=20cm)从与x轴正方向成30°角射入磁场,恰好从坐标原点O穿过x轴射入电场,已知质子质量m=1.6×10-27kg,求

(1)匀强磁场的磁感应强度;
(2)质子经过电场后,再次射入磁场的位置.

(1)由几何知识可得:r=0.2m,
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
由牛顿第二定律得:qvB=m

v2
r
,解得:B=0.1T;
(2)粒子进入电场的方向刚好与电场方向垂直,所以做类平抛运动,
沿电场线方向由:S1=
1
2
qE
m
t2

垂直电场线方向:S2=vt,
由几何关系得:
S1
S2
=tan300

解得:t=
3
2
×10−7
s
再射入磁场离O点距离为:S=
S12+
S
2
2
=0.2m
,即从A点射入.
答:(1)匀强磁场的磁感应强度为0.1T;
(2)质子经过电场后,再次从A点射入磁场.
答案解析:(1)画出质子在磁场中运动的轨迹,由几何知识求出轨迹半径r.由牛顿第二定律求解磁感应强度B;
(2)质子进入电场时速度方向与电场方向垂直,做类平抛运动,运用运动的分解法,由牛顿第二定律和运动学公式求出质子再射入磁场的位置离O点距离,及速度方向.
考试点:带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
知识点:本题考查了质子在组合场中运动的类型,磁场中画出质子的轨迹,电场中运用运动的分解法研究,合理运用相关推论,解题更加简便.