Question

如图所示的直角坐标系中，在直线x=－2l₀到y轴区域内存在着两个大小相等、方向相反的有界匀强电场，其中x轴上方的电场方向沿y轴负方向，x轴下方的电场方向沿y轴正方向。在电场左边界上A（－2l₀，－l₀）到C（－2l₀，0）区域内，连续分布着电量为＋q、质量为m的粒子。从某时刻起由A点到C点间的粒子，依次连续以相同的速度v₀沿x轴正方向射入电场。若从A点射入的粒子，恰好从y轴上的A′（0，l­₀）沿x轴正方向射出电场，其轨迹如图。不计粒子的重力及它们间的相互作用。

⑴求匀强电场的电场强度E；

⑵求在AC间还有哪些位置的粒子，通过电场后也能沿x轴正方向运动？

⑶若以直线x=2l₀上的某点为圆心的圆形区域内，分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，使沿x轴正方向射出电场的粒子，经磁场偏转后，都能通过直线x=2l₀与圆形磁场边界的一个交点处，而便于被收集，则磁场区域的最小半径是多大？相应的磁感应强度B是多大？

 

Answer 1

解析：⑴ 从A点射出的粒子，由A到A′的运动时间为T，根据运动轨迹和对称性可得

      x轴方向            

      y轴方向    

      得：   

⑵ 设到C点距离为△y处射出的粒子通过电场后也沿x轴正方向，粒子第一次达x轴用时△t，水平位移为△x，则      

若满足，则从电场射出时的速度方向也将沿x轴正方向

解之得：   

即AC间y坐标为 （n = 1，2，3，……）

⑶ 当n=1时，粒子射出的坐标为

当n=2时，粒子射出的坐标为

当n≥3时，沿x轴正方向射出的粒子分布在y₁到y₂之间（如图）y₁到y₂之间的距离为

L= y₁－y₂= 则磁场的最小半径为   

若使粒子经磁场偏转后汇聚于一点，粒子的运动半径与磁场圆的半径相等（如图），(轨迹圆与磁场圆相交，四边形PO₁QO₂为棱形) 由 得：