Question

空間中存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，一帶電量為+q、質量為m的粒子，在p點以某一初速開始運動，初速方向在圖中紙面內如圖中P點箭頭所示。該粒子運動到圖中Q點時速度方向與P點時速度方向垂直，如圖中Q點箭頭所示。已知P、Q間的距離為l。若保持粒子在P點時的速度不變，而將勻強磁場換成勻強電場，電場方向與紙面平行且與粒子在P點時速度方向垂直，在此電場作用下粒子也由P點運動到Q點。不計重力。求：
（1）電場強度的大小。
（2）兩種情況中粒子由P運動到Q點所經歷的時間之差。
 

Answer 1

（1）
（2）

（1）粒子在磁場中做勻速圓周運動，以v₀表示粒子在P點的初速度，R表示圓周的半徑，則有  qv₀B=m ①
由于粒子在Q點的速度垂直它在p點時的速度，可知粒子由P點到Q點的軌跡為圓周，故有    ②
以E表示電場強度的大小，a表示粒子在電場中加速度的大小，t_E表示粒子在電場中由p點運動到Q點經過的時間，則有
qE="ma " ③
 ④
R=v₀t_E　　　⑤
由以上各式，得   ⑥
（2）因粒子在磁場中由P點運動到Q點的軌跡為圓周，故運動經歷的時間t_E為圓周運動周期T的，即有   t_E=T ⑦
而      ⑧
由⑦⑧和①式得  ⑨
由①⑤ 兩式得   ⑩