Question

如圖所示，在矩形ABCD區(qū)域內(nèi)，對角線BD以上的區(qū)域存在有平行于AD向下的勻強(qiáng)電場，對角線BD以下的區(qū)域存在有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場（圖中未標(biāo)出），矩形AD邊長為L，AB邊長為2L．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子（重力不計(jì)）以初速度v從A點(diǎn)沿AB方向進(jìn)入電場，在對角線BD的中點(diǎn)P處進(jìn)入磁場，并從DC邊上以垂直于DC邊的速度離開磁場（圖中未畫出），求：
（1）電場強(qiáng)度E的大小和帶電粒子經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)速度v的大小和方向；
（2）磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向．

Answer 1

【答案】分析：（1）帶電粒子進(jìn)入電場做類平拋運(yùn)動，水平方向做勻速直線運(yùn)動，豎直方向做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，到達(dá)P點(diǎn)后，水平位移是豎直位移的2倍，抓住這一關(guān)系，求出電場強(qiáng)度的大小．由，代入求出的電場強(qiáng)度，即可得出v與v_y的關(guān)系，從而求出經(jīng)過P點(diǎn)的速度大小和方向．
（2）作出進(jìn)入磁場的軌跡圖，確定出圓心，根據(jù)幾何關(guān)系得出半徑，根據(jù)洛倫茲力提供向心力，通過半徑公式，求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，根據(jù)洛倫茲力的方向確定出磁場的方向．
解答：解：（1）帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，則水平方向：L=vt
           豎直方向：
              解得：
        在豎直方向粒子做勻變速運(yùn)動豎直分速度為v_y，則有
          
      代入得：v_y=v
P點(diǎn)的速度為
速度與水平方向的夾角為θ
 

     所以：θ=45
 （2）由幾何關(guān)系可知：粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角為45°   
    

       得：
粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動

得：
磁場方向垂直紙面向外．
點(diǎn)評：本題重點(diǎn)考查帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的類平拋和勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動，以及運(yùn)用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力．