如图甲所示,两平行金属板的板长l=0.20m,板间距d=6.0×10-2m,在金属板右侧有一范围足够大的方向垂直于纸面向

如图甲所示,两平行金属板的板长l=0.20m,板间距d=6.0×10-2m,在金属板右侧有一范围足够大的方向垂直于纸面向里的匀强磁场,其边界为MN,与金属板垂直.金属板的下极板接地,上极板的电压u随时间变化的图线如图乙所示,匀强磁场的磁感应强度B=1.0×10-2T.现有带正电的粒子以v0=5.0×105m/s的速度沿两板间的中线OO′连续进入电场,经电场后射入磁场.已知带电粒子的比荷[q/m]=108C/kg,粒子的重力忽略不计,假设在粒子通过电场区域的极短时间内极板间的电压可以看作不变,不计粒子间的作用(计算中取[4/15=tan15°
179166 1年前 已收到1个回答 举报

让个性飞扬 幼苗

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解题思路:(1)t=0时刻,电压为0,故粒子在电场中不会发生偏转,由洛仑兹力充当向心力公式可得出粒子的偏转半径;由几何关系可得出入射点与出射点间的距离;
(2)随着电压的增大,粒子的偏转位移也增大;则能穿出电场的临界条件是粒子恰好打在板的最右端;由类平抛运动的规律可求得临界电压;由图可求得能进入磁场的粒子个数;

(1)t=0时,u=0,带电粒子在极板间不偏转,水平射入磁场,

qvB=m

v20
r
r=
mv0
Bq=
5.0×105
1.0×10−2×108m=0.5m]
s=2r=1.0m
(2)带电粒子在匀强电场中水平方向的速度
v0=5.0×105m/s
竖直方向的速度为v⊥=at=
Uq
dm
l
v0
所以进入磁场时速度与初速度方向的夹角为α.如图所示:

tanα=
v⊥
v0=
Uq
dm
l

v20tanα=
2.0×102×1.0×108×0.2
0.06×(5.0×105)2=
4
15
解得α=15°
由几何关系可知,带电粒子在磁场中运动的圆弧所对的圆心角为φ,即为150°,设带电粒子在磁场中运动的时间为t,
所以t=
5T
12=
5πm
6Bq=

6×1.0×10−2×108s=

6×10−6s≈2.6×10−6s
(3)证明:设带电粒子射入磁场时的速度为v,带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为r=
mv
Bq
进入磁场时带电粒子速度的方向与初速度的方向的夹角为α,cosα=
v0
v
由几何关系可知,带电粒子在磁场中运动的圆弧所对的圆心角为φ=π-2α,带电粒子在磁场中的圆滑所对的弦长为s,s=2rsin
φ
2=2rcosα
s=2
mv
Bq•
v0
v=2
mv0
Bq
从上式可知弦长s取决于磁感应强度、粒子的比荷及初速度,而与电场无关.
答:(1)经边界MN射入磁场和射出磁场时两点间的距离是1.0m;
(2)在磁场中运动的时间2.6×10-6s;
(3)证明略.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.

考点点评: 本题应注意题意中给出的条件,在粒子穿出电场的时间极短,电压看作不变;同时要注意带电粒子在磁场中的偏转类题目一定要找清几何关系.

1年前

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