Question

【题目】如图甲所示，一对平行金属板C、D相距为d，O、Ol为两板上正对的小孔，紧贴D板右侧。存在上下范围足够大、宽度为三的有界匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向里，MN、GH是磁场的左、右边界。现有质量为m、电荷量为+q的粒子从O孔进入C、D板间，粒子初速度和重力均不计。

（1）C、D板间加恒定电压U，C板为正极板，求板间匀强电场的场强大小E和粒子从O运动到Ol的时间t；

（2）C、D板间加如图乙所示的电压，U0为已知量，周期T是未知量。t=0时刻带电粒子从O孔进入，为保证粒子到达O1孔具有最大速度，求周期T应满足的条件和粒子到达Ol孔的最大速度vm；

（3）磁场的磁感应强度B随时间的变化关系如图丙所示，B0为已知量，周期T0=。=0时，粒子从O1孔沿OO1延长线O1O2方向射入磁场，始终不能穿出右边界GH，求粒子进入磁场时的速度v，应满足的条件。

Answer 1

【答案】（1）；；（2）；；（3）

【解析】

（1）板间匀强电场的场强

粒子在板间的加速度

根据位移公式有

解得

（2）粒子一直加速到达孔速度最大，设经历时间，则

解得

由动能定理有

解得

（3）当磁感强度分别为、时，设粒子在磁场中圆周运动半径分别为、，周期分别为、，根据洛伦兹力提供向心力有

解得

且有

同理可得

，

故粒子以半径逆时针转过四分之一圆周，粒子以半径逆时针转过二分之一圆周，粒子以半径逆时针转过四分之一圆周，粒子以半径逆时针转过二分之一圆周，粒子以半径逆时针转过四分之一圆周，粒子以半径逆时针转过二分之一圆周，粒子以半径逆时针转过四分之一圆周后从左边界飞出磁场，如图所示

由几何关系有

解得