Question

【題目】如圖所示，足夠大的熒光屏ON垂直xOy坐標面，與x軸夾角為30°，當y軸與ON間有沿﹣y方向、場強為E的勻強電場時，一質量為m、電荷量為q的正離子從y軸上的P點，以速度v0、沿+x軸方向射入電場，恰好垂直打到熒光屏上的M點（圖中未標出）．現撤去電場，在y軸與ON間加上垂直坐標面向外的勻強磁場，相同的正離子從y軸上的Q點仍以速度v0、沿+x軸方向射入磁場，恰好也垂直打到熒光屏上的M點，離子的重力不計．則：

(1)求離子在電場中運動的時間t1；

(2)求磁場的磁感應強度B；

(3)若相同的離子分別從y軸上的不同位置以速度v=ky（y>0，k為常數）、沿+x軸方向射入磁場，離子都能打到熒光屏上，問k應滿足什么條件？滿足條件的所有離子中，在磁場中運動時間的最大值為多大？．

Answer 1

【答案】(1)；(2)

【解析】

（1）設離子垂直打到熒光屏上的M點時，沿y方向的分速度大小為vy，在電場中運動的加速度為a1，則：

解得

（2）設離子在磁場中做圓周運動半徑為r，由幾何關系可知

則

由向心力公式得

代入得

（3）臨界狀態：離子恰好能打到熒光屏上，即軌跡與ON相切，設此時圓周運動半徑為r0，

由幾何關系可知

由向心力公式得，其中

解得

為使離子能打到熒光屏上應滿足

則

上述臨界狀態下，離子在磁場中運動時間有最大值

且

代入得