(20分)如图所示,真空中有以O为圆心,r为半径的圆柱形匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,在虚线(与圆相切)右侧足够大的范围内有方向竖直向下,场强大小为E的匀强电场。从坐标原点O向纸面内不同方向发射速率相同的质子。设质子在磁场中的偏转半径也为r,已知质子的电荷量为e,质量为m。求:
(1)质子进入磁场时的速度大小。
(2)速度方向沿y轴正方向射入磁场的质子到达x轴所需的时间。
(3)如以图中速度方向与y轴成30°角、与x轴正方向成120°角射入磁场的质子到达x轴位置的坐标。
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解:(1) …………(1)3分 …………(2)1分
(2)若质子沿y轴正方向射入磁场,以O1圆心转过1/4圆弧后从A点垂直电场方向进入电场 由
…………(3) 2分
进入电场后质子平抛,侧位移
…………(4)2分
…………(5) 2分
…………(6)2分
(3)质子射入磁场后,在磁场中以N为圆心做匀速圆周运动,从P点射以磁场,则图中OO′PN是边长为r的菱形,PN//y轴,则质子射出磁场后速度方向与x轴平行。由图可知:P点坐标质子在电场中运动时间由:
得:
…………(7)2分
则有: ……(8)2分
电场中质子的水平位移
…………(9)2分
所以质子到达x轴的Q点坐标为 ……(10)2分
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