
(2023·广东深圳·深圳市高级中学校考三模)如图所示,和
为竖直方向的平行边界线,水平线
将两边界围成区域分为上下两部分,其中Ⅰ区域内为竖直向下的匀强电场,Ⅱ区域内为垂直纸面向外的匀强磁场,一质量为m,电荷量为q的带正电粒子从左边界A点以初速度
垂直边界进入Ⅰ区域,从C点离开Ⅰ区域进入Ⅱ区域。已知
,
,粒子重力不计:
(1)求Ⅰ区域匀强电场强度E的大小;
(2)若两竖直边界线距离为4h,粒子从Ⅱ区域左边界射出,求Ⅱ区域内匀强磁场的磁感应强度大小范围;
【答案】 (1);(2)
【解析】(1)如下图所示,粒子从A点至C点做匀变速曲线运动,垂直电场方向有
平行电场方向有
根据牛顿第二定律有
联立解得
(2)粒子在C点速度的竖直分量
故粒子在C点速度为
方向为斜向右下方与夹角为45°,当粒子恰好不从
边界出射,粒子轨迹如下图轨迹①所示
设此种情况下,粒子在磁场中轨道半径为,由几何知识得
解得
粒子在磁场中做圆周运动由洛伦兹力提供向心力
解得
当粒子恰好不从边界出射,粒子轨迹如图轨迹②所示,由几何知识得
解得
粒子在磁场中做圆周运动由洛伦兹力提供向心力
解得
所以Ⅱ区域内匀强磁场的磁感应强度大小范围
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