题目内容
如图所示,真空中两平行金属板A、B长L1=0.10m,间距d=/30m,两极板接在电压UAB=200sinl00πt(V)的交流电源上,与AB板相距L2=0.20m的PS右侧区间有一个范围足够大的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B=×l0-2T。一束带正电的粒子以Vo=×105m/s的速度沿着A,B两极板的中央飞入电场,粒子的比荷q/m=1×l08C/kg,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力,不考虑相对论效应。问:
(1)通过计算说明,带电粒子经过平行金属板期间,加在两板间的电压几乎不变;
(2)在t=0时刻进入电场的粒子,飞离磁场时离O点的距离;
(3)何时进入电场的粒子,从进入电场到离开磁场所经历的时间最长?并计算最长时间。
(1) 因t0≤T,所以每个粒子飞越金属板的过程中,可以认为两板问电压不变。
(2) 0.2m
(3)
解析:
(1)粒子飞越电场的时间
(2分)
T=0.02s (1分)
因t0≤T,所以每个粒子飞越金属板的过程中,可以认为
两板问电压不变。 (2分)
(2)当t=0时,uAB=0粒子傲匀速直线运动,从O点进入磁场
洛仑兹力提供向心力,有 (2分)
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飞离磁场时与0点的距离h=2R=0.2m (1分)
(3)设AB板问电压为%时,粒子从板边缘飞出,
侧移量为
(2分)
解得:U0=100V<200V
说明从进入电场到出磁场的时间最长的粒子,就是电压为100V时从B板边缘飞出的粒子。
将U0代人UAB=200sin100t(V)
得 n=0、1、2…… (2分)
粒子在进入磁场前的飞行时间
(2分)
离开电场时速度偏角
(1分)
粒子在磁场中运动的周期
飞行时间 (2分)
总时间为 (2分)