Question

（15分）如圖所示，在平面的第一象限和第二象限區(qū)域內(nèi)，分別存在場強大小均為E的勻強電場Ⅰ和Ⅱ，電場Ⅰ的方向沿x軸正方向，電場Ⅱ的方向沿y軸的正方向。在第三象限內(nèi)存在著垂直于平面的勻強磁場Ⅲ，Q點的坐標為（－x₀，0）。已知電子的電量為－e，質(zhì)量為m（不計電子所受重力）。

（1）在第一象限內(nèi)適當位置由靜止釋放電子，電子經(jīng)勻強電場Ⅰ和Ⅱ后恰能透過Q點。求釋放點的位置坐標x、y應滿足的關系式；
（2）若要電子經(jīng)勻強電場Ⅰ和Ⅱ后過Q點時動能最小，電子應從第一象限內(nèi)的哪點由靜止釋放?求該點的位置和過Q點時的最小動能。
（3）在滿足條件（2）的情況下，若想使電子經(jīng)過Q后再次到達y軸時離坐標原點的距離為x₀，求第三象限內(nèi)的勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向。

Answer 1

（1）（2）電子從第一象限內(nèi)的P()點由靜止釋放過Q點時動能最小，過Q點時的最小動能是（3）

(1)設電子從第一象限內(nèi)坐標為(x，y)處由靜止釋放能過Q點，到達y軸時的速度為，由動能定理得：①  (1分)
若能到達Q點，則應滿足：②      (1分)
③      (1分)④   (1分)
聯(lián)立①②③④得：⑤     (1分)
(2)由動能定理得：電子從P點由靜止釋放，經(jīng)勻強電場I和Ⅱ后過Q點時動能：⑥                 (1分)而 (當時取“=”)⑦    (1分)
由⑤⑥⑦得：(當時取“=”)⑧   (1分)
所以電子從第一象限內(nèi)的P()點由靜止釋放過Q點時動能最小，過Q點時的最小動能是
(3)若勻強磁場Ⅲ方向垂直紙面向里，則電子左偏，不會再到達y軸，所以勻強磁場方向垂直紙面向外．運動軌跡如圖，則：
而
在滿足條件(2)的情況下所以=45°⑨                      (1分)
設在勻強磁場Ⅲ中做勻速圓周運動的半徑為r，到達y軸上的A點，結(jié)合題中條件可推知，電子在磁場中運動的軌跡應為以QA為直徑的半圓，OA=x₀，由幾何知識知：⑩        (1分)
設到達Q點的速度為，則      (1分)
解得：     (1分)
根據(jù)牛頓第二定律得：
解得：        (1分)
把和r的值代入，第三象限內(nèi)的勻強磁場的磁感應強度
          (2分)