在空间中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度大小为 $E = 200\ V/m$ ,方向竖直向下,磁感应强度大小为 $B = 0.5\ T$ 。一个带正电的粒子,电荷量为 $q = 2×10^{-3}\ C$ ,质量为 $m = 1×10^{-4}\ kg$ ,以初速度 $v = 10\ m/s$ 水平向右进入该区域。不计重力,求粒子在复合场中的运动轨迹。
解析:
粒子受到的电场力 $F_E = qE = 2×10^{-3}×200 = 0.4\ N$ ,方向竖直向下。
粒子受到的洛伦兹力 $F_B = qvB = 2×10^{-3}×10×0.5 = 0.1\ N$ ,方向竖直向上。
由于电场力大于洛伦兹力,粒子将向下偏转。
设粒子在复合场中的加速度为 $a$ ,则:
$F_E – F_B = ma$
$a = \frac{F_E – F_B}{m} = \frac{0.4 – 0.1}{1×10^{-4}} = 3000\ m/s^2$
粒子在水平方向做匀速直线运动,运动时间 $t = \frac{x}{v}$ ,其中 $x$ 为水平位移。
在竖直方向做匀加速直线运动,$y = \frac{1}{2}at^2$