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如图,装置中,区域Ⅰ中有竖直向上的匀强电场,电场强度为E,区域Ⅱ内有垂直纸面向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B.区域Ⅲ中有垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度为2B.一质量为m、带电量为q的带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场,经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场,并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强磁场中.求:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径
(2)O、M间的距离
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间.
(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动,设粒子过A点时速度为v,由类平抛规律知:v=
v0
cos60°
=2v0
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:Bqv=m
v2
R

所以:R=
2mv0
qB

(2)设粒子在电场中运动时间为t1,加速度为a,
则有:qE=ma
v0tan60°=at1
即t1=
3
mv0
qE

O、M两点间的距离为:L=
1
2
at1t2=
3mv02
2qE

(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2,则有:
T1=
2πR
v
=
2πm
qB

则:t2=
60°
360°
T1=
πm
3qB

设粒子在Ⅲ区域磁场中运行时间为t3,同理:T2=
πm
qB

则:t3=
180°
360°
T2=
πm
2qB

粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为:
t=t1+t2+t3=
3
mv0
qE
+
πm
3qB
+
πm
2qB
=
3
mv0
qE
+
5πm
6qB

答:(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径
2mv0
qB

(2)O、M间的距离为
3mv02
2qE

(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间
3
mv0
qE
+
5πm
6qB

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q
m

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3
2
L
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mg
q
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B2qL
6m
.求
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