题目内容

【题目】长为L的水平极板间,有垂直纸面向内的匀强磁场,如图所示,磁感强度为B,板间距离也为L,板不带电,现有质量为m,电量为q的带正电粒子不计重力,从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v水平射入磁场,欲使粒子不打在极板上,对于粒子的速度有什么要求?

【答案】粒子的速度满足v;或v

【解析】

带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,据此可以求得粒子做圆周运动的半径和速度的关系,再根据几何关系欲使粒子不打在极板上,就是粒子做圆周运动的半径小于(从左侧射出或者大于(从右侧射出),从而求出粒子速度的范围。

如图所示:由题意知,若带正电的粒子从极板左边缘射出磁场,其在磁场中圆周运动的半径R,粒子在磁场中做圆周运动洛伦兹力提供向心力即:qvB=m

可得粒子做圆周运动的半径R=

粒子从左边缘射出,则,即粒子的速度v

若带正电的粒子从极板右边缘射出,如图所示,此时粒子的最大半径为R,由上图可知:R2=L2+(R-)2

可得粒子圆周运动的最大半径R=

又因为粒子做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,粒子从极板右边缘射出,则

即此时粒子速度v

所以欲使粒子不打在极板上粒子的速度满足v;或v.

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