如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度=0.20T,方向垂直纸面向里,电场强度
=1.0×105V/m,
PQ为板间中线。紧靠平行板右侧边缘
坐标系的第一象限内,有一边界AO、与
轴的夹角∠
=450,该边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度
=0.25T,边界线的下方有竖直向上的匀强电场,电场强度
=5.0×105V/m。一束带电荷量
=8.0×10-19C、质量
=8.0×10-26Kg的正离子从P点射入平行板间,沿中线PQ做直线运动,穿出平行板后从
轴上坐标为(0,0.4 m)的Q点垂直
轴射入磁场区,多次穿越边界线OA。离子重力不计,求:
18.离子运动的速度
19.离子从进入磁场到第二次穿越边界线 OA所需的时间
20.离子第四次穿越边界线的位置坐标
8.竖直放置的平行金属板A、B连接一恒定电压,两个电荷M和N以相同的速率分别从极板A边缘和两板中间沿竖直方向进入板间电场,恰好从极板B边缘射出电场,如图所示,不考虑电荷的重力和它们之间的相互作用,下列说法正确的是( )
如图,水平放置的平行板电容器极板A、B间加有恒定电压,a点与下极板的距离为d。一带电粒子从a点水平射入电场,初速度大小为va,粒子偏转后打在下极板的P点时速度大小为va/,其水平射程为2d。若该粒子从与a在同一竖直线上的b点(图中未标出)水平射入电场,初速度大小为vb,带电粒子仍能打到P点,打到P点时速度大小为vb/。下列判断正确的是( )
17.如图,水平放置的平行板电容器极板A、B间加有恒定电压,a点与下极板的距离为d。一带电粒子从a点水平射入电场,初速度大小为va,粒子偏转后打在下极板的P点时速度大小为va/,其水平射程为2d。若该粒子从与a在同一竖直线上的b点(图中未标出)水平射入电场,初速度大小为vb,带电粒子仍能打到P点,打到P点时速度大小为vb/。下列判断正确的是( )
v=5×105 m/s
设离子的速度大小为v,由于沿中线PQ做直线运动,则有:qE1=qvB1,
代入数据解得:v=5×105 m/s
带电粒子在混合场中的运动
带电离子沿中线PQ做直线运动,说明电场力与洛伦兹力平衡,根据平衡条件求解.
根据物体做直线运动的条件,对带电离子受力分析列平衡方程.
8.3×10-7s
离子进入磁场,做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有:
作出离子的运动轨迹,交OA边界于N,如图所示:
由图可知OQ=2r,若磁场无边界,一定通过O点,则圆弧QN的圆周角为45°,
则轨迹圆弧的圆心角为θ=90°,过N点做圆弧切线,方向竖直向下,
离子垂直电场线进入电场,做匀减速运动,
离子在磁场中运动为:
而离子在电场中来回运动时间为:
所以离子从进入磁场到第二次穿越边界线OA所需的时间为:
t=t1+t2=(2π+2)×10-7s=8.3×10-7s
带电粒子在匀强磁场中的运动; 牛顿第二定律;匀变速直线运动的公式
离子在洛伦兹力作用下,做匀速圆周运动,由牛顿第二定律可求出半径;离子在电场中做匀减速运动,根据运动学公式可求出发生位移,从而确定离子的运动时间,从而即可求解;
关键作出离子运动轨迹示意图,由几何关系求出半径及轨迹对应用的圆心角.
坐标为(0.5m,0.5m)
当离子再次进入磁场后,根据左手定则,可知洛伦兹力水平向右,导致离子向右做匀速圆周运动,恰好完成
带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;左手定则
根据左手定则,可确定离子偏转方向,由几何特性,可知离子再次进入电场后做类平抛运动,从而根据平抛运动的规律,运用运动的合成与分解,进行解答.
关键画出准确的运动轨迹图,利用运动的分解思想研究运动过程,根据牛顿第二定律与运动学公式解答.