(19)
f设V的方向与x轴的夹角为β,如图复解1752所示,则
ta
β
得
VyVx
12
(20)
β27°
评分标准:本题25分(4)式5分,求得(5)、(6)式各给3分,求得(10)、(11)式各给2分,(14)式3分,(19)式5分,求得(20)式再给2分。解法二:若以带电质点到达坐标原点O的时刻作为起始时刻(t0),则质点的初速度为
v12gy20ms-1
(1′)
方向沿y轴正方向.进入磁场区后,带电质点将受到洛伦兹力作用,洛伦兹力在x方向的分力取决于质点在y方向的分速度,因此质点动量在x方向的分量的增量为
mvxqvyBtqBy
时间都成立,所以在t0到tt时间内x方向的动量的改变为
(2′)
y是带电质点在t时间内沿y方向的位移,质点在磁场中运动的整个过程中,此式对每一段t
mvxmv0xqByy0
因初始时刻(t0),带电质点在x轴方向的动量mv0x为零,其位置在原点,y00,因而得
mvxqyB
即
qBy(3′)m当带电质点具有x方向的速度后,便立即受到沿y负方向的洛伦兹力的作用.根据牛顿第二vx
定律,在y方向上有加速度ay
maymgqvxB
将(3′)式代入(4′)式,得
(4′)
qB2m2mayy22gqBm
令式中
(5′)(6′)
yyD
fD
m2gg040m2qBqm2B2
(7′)
即在y方向作用于带电质点的合力
Fyky
其中
k
q2B2m
Fy是准弹性力,在Fy作用下,带电质点在y方向的运动是简谐振动,振动的圆频率
ω50rads-1m
y随时间变化的规律为
qB
2
(8′)
yAcosωt0
或
(9′)
yAcosωt0DA与0是待求的常量,质点的简谐运动可以用参考圆来描
写,以所考察的简谐运动的振幅A为半径作一圆,过圆心O1作一直角坐标xO1y.若有一质点M沿此圆周做匀速率圆且周运动,运动的角速度等于所考察简谐运动的角频率ω,按逆时针方向转动,在t0时刻,M点的在圆周上的位置恰使连线O1M与y轴的夹角等于(9′)式中的常量0,则在任意时刻t,O1与M的连线与y轴的夹角等于ωt0,
(10′)
于是连线O1M在y轴上的投影即为(9′)式所示的简谐振动,将x轴平行下移D040m,连线O1M在y轴的投影即如(10′)式所示(参看图复解1753),M点做圆周运动的速度大小
vAω,方向与O1M垂直,速度v的y分量就是带电质点沿y轴做简谐运动的速度,即
vyAωsi
ωt0
(11′)
f(10′)和(11′)两式中的A和0可由下面的方法求得:因为已知在t0时,带电质点位于y0处,速度vyv1r