Question

如圖所示，為空間直角坐標系，真空中有一以原點為圓心的圓形磁場區(qū)域，半徑為，磁場垂直紙面向里．在x >的區(qū)域存在平行x軸，沿方向的勻強電場，電場強度為E，M點為磁場邊界與+y軸的交點，該點有一粒子源不斷輻射出粒子，在紙面內(nèi)從M點以相同的速率，沿不同方向射入磁場，發(fā)現(xiàn)沿方向射入磁場的粒子穿出磁場進入電場后，速度減小到0。已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為＋q。(粒子重力不計）

（1）求圓形磁場區(qū)域中磁感應(yīng)強度的大小；

（2）由M點沿方向射入磁場的粒子，穿出磁場進入電場后，返回再次穿出磁場，求該粒子從M點開始到再次出磁場時所運動的路程；

（3）沿與方向成60°角射入的粒子，最終將從磁場邊緣的N點（圖中未畫出）穿出，求N點的坐標和粒子從M點運動到N點的總時間。

Answer 1

（1）粒子穿出磁場進入電場后，速度減小到０，說明粒子平行x軸進入電場，由粒子的路徑圖①可知，在磁場中作圓周運動的軌道半徑為        （2分）

由得        （2分）

（2）如圖①，粒子在磁場中經(jīng)圓弧后，進入電場減速到０，在電場中減速的位移為        （3分）

則粒子從M點開始到再次出磁場時所運動的路程

    （3分）

（3）沿與-y方向成角射入的粒子運動軌跡如圖②所示，由P點水平出磁場，勻速運動至Q點進入電場，速度會減小到０后返回，經(jīng)Q、P點再次進入磁場，由幾何關(guān)系可知，四邊形和都是菱形，故N點的坐標為           （3分）

在磁場中運動的兩段圓弧所對應(yīng)圓心角之和為，則在磁場中運動的時間為         （2分）

由P到Q的時間       （1分）

在電場中減速的時間          （1分）

則由M到N的總時間為       （1分）