Question

【題目】如圖所示，在x軸與y=2d之間存在著大小為E的勻強電場，在x>0的空間中，方向沿x軸正方向；在x<0的空間中，方向沿x軸負方向。在y=2d的上方有垂直于紙面向里的勻強磁場，在x軸上的P（d，0）點有一個電子（電量為-e，質量為m）沿y軸正方向以一定的速度進入電場，經右側電場第一次偏轉，通過y軸后再經左側電場第二次偏轉，恰能垂直電場方向進入磁場。不計電子重力。

(1)求電子進入電場時的速度大小；

(2)若磁感應強度，求電子返回x軸時的位置；

(3)若電子恰能垂直返回到x軸，勻強磁場的磁感應強度B應滿足什么條件？

Answer 1

【答案】（1）；（2）（，0）；（3）見解析

【解析】

(1)電子在電場中加速的加速度為

根據對稱性得，軸方向的位移為時，軸方向的位移也為，有

，

解得

(2)設電子從點進入磁場做勻速圓周運動，有

解得

粒子從y軸左邊處垂直電場方向返回到電場中，粒子運動至y軸時，在x軸方向上做加速運動，有

解得

在這段時間內物體在y軸上走過的距離為

此后粒子運動至x>0的空間，在x方向上，先減速到零，后反向加速，回到y軸上時x方向的速度大小不變，方向改變，運動時間為

接下來粒子在x>0的空間中運動時，也是先減速，后加速，回到y軸上時x方向的速度大小不變，方向改變，運動時間為

此后，在x方向上重復上面的運動，粒子在x方向上做往復運動。在y方向上，粒子一直做勻速直線運動，由于

故粒子返回電場后在電場中的運動時間為

所以粒子返回x軸時，粒子在x軸方向上，剛好沿負向減速到零，所以電子返回x軸時坐標為（，0）。

（3）電子從Q點進入磁場在磁場中轉動半周，從M點回到電場。假設M點到y軸的距離為。根據電子國到電場后的運動情況可知

，，

解得

當時，電子能垂直返回到x軸，即

（n=1，2，3…）

或

（n=2，3，4…）