中国 “人造太阳” 在核聚变实验方而取得新突破, 该装置中用电磁场约束和加速高能离子, 其部分电磁场 简化模型如图所示, 在三维坐标系
中,
空间内充满匀强磁场 I, 磁感应强度大小为
, 方向 沿
轴正方向;
的空间内充满匀强磁场 II, 磁感应强度大小为
, 方向平行于
平面, 与
轴正方向夹角为
的空间内充满沿
轴负方向的匀强电场。质量为
、 带电量为
的离子甲, 从
平面第三象限内距
轴为
的点
以一定速度出射, 速度方向与
轴正方 向夹角为
, 在在
平面内运动一段时间后, 经坐标原点
沿
轴正方向进入磁场
。不计离子重力。
(1) 当离子甲从
点出射速度为
时, 求电场强度的大小
;
(2)若使离子甲进入磁场后始终在磁场中运动, 求进入磁场时的最大速度
;
(3) 离子甲以
的速度从
点沿
轴正方向第一次穿过
面进入磁场
, 求第四次穿过
平面的 位置坐标 (用
表示);
(4) 当离子甲以
的速度从
点进入磁场
时, 质量为
、带电量为
的离子乙, 也从
点沿
轴 正方向以相同的动能同时进入磁场
, 求两离子进入磁场后, 到达它们运动轨迹第一个交点的时间差
(忽略离子间相互作用)。