题目

题型：不详难度：来源：

（19分）如图所示，平面直角坐标系的y轴竖直向上，x轴上的P点与Q点关于坐标原点O对称，距离为2a。有一簇质量为m、带电量为+q的带电微粒，在xoy平面内，从P点以相同的速率斜向右上方的各个方向射出（即与x轴正方向的夹角θ，0°＜θ＜90°），经过某一个垂直于xoy平面向外、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场区域后，最终会聚到Q点，这些微粒的运动轨迹关于y轴对称。为使微粒的速率保持不变，需要在微粒的运动空间再施加一个匀强电场。重力加速度为g。求：

（1）匀强电场场强E的大小和方向；
（2）若一个与x轴正方向成30°角射出的微粒在磁场中运动的轨道半径也为a，求微粒从P点运动到Q点的时间t；
（3）若微粒从P点射出时的速率为v，试推导微粒在x＞0的区域中飞出磁场的位置坐标x与y之间的关系式。

答案

（1），方向竖直向上  （2）   （3）

解析

试题分析：所示，设微粒飞出磁场位置为C，在磁场中运动的轨道半径为r，根据牛顿定律和几何关系可得：（1）由题意知，要保证微粒的速率不变，则微粒所受电场力与重力平衡：
          ①
解得：，         ②
方向竖直向上。         ③
（2）设A、C分别为微粒在磁场中运动的射入点和射出点，根据题意画出微粒的运动轨迹如图所示。
             ④
根据几何关系可得：
       ⑤
        ⑥
设微粒运动的速率为v，由牛顿定律：
        ⑦
微粒从P点运动到Q运动的路程为s，则：
         ⑧
           ⑨
联解⑤⑥⑦⑧⑨得：
         ⑩
（3）根据题意作出粒子在x>0区域内的运动示意如图

        ⑪
          ⑫
        ⑬
联解⑪⑫⑬得：
        ⑭