Question

(19分)如图，在xoy平面上x<0的区域内存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B；OA是过原点的一条直线，与y轴正方向夹角为60°．在x>0的区域有一与OA平行的匀强电场，场强大小为E．现有一质量为m，电量为q的带正电的粒子(重力不计)从直线OA上的某处P点由静止释放后，经0点进入磁场，经过一段时间后恰能垂直OA到达0A上的Q点(电场方向以及P点、Q点位置在图中均未画出)．求

(1)P点的坐标；
(2)粒子从P点释放到垂直0A到达Q点所用的时间；
(3)PQ之间的距离．

Answer 1

解：（1）设P点坐标为(x，y)，粒子到达O点时速度为v₁，
粒子在电场中加速度a=qE/m，①
v₁²=2a·，②  
粒子从O点进入后做匀速圆周运动，设运动半径为R，则有，
qv₁B=m，③

粒子从M点射出磁场再次进入电场，速度大小为v₁，方向与y轴负方向成60°角，设到达Q点时速度为v₂，则：v₂=v₁sin60°，④
又由几何关系可知，OM之间的距离为d="2R" sin60°，⑤
设粒子从M点到Q点所用时间为t₃，则，dsin60°= v₂t₃，⑥
v₁cos60°="a" t₃，⑦
联立解得：x=，⑧
t₃=。⑨
由几何关系可得：y==。
即P点坐标为：(,).。
（2）设粒子从P点到O点所用的时间为t₁，从O点到M点所用的时间为t₂，则，
=at₁²，
解得t₁=。
粒子从O点进入磁场后做匀速圆周运动的周期为：T=，
t₂=2T/3=。
所以从P点释放到垂直OA经过Q点所用时间为t= t₁+ t₂+t₃=。
（3）由①④⑦⑨得：v₂=3E/B..。
设PQ之间的距离为l，在整个运动过程中，由动能定理，qEl=mv₂²，
解得：l=。

分析带电粒子在电场磁场中的运动情况，应用带电粒子在电场、磁场中运动的相关知识列方程解答。