题目内容
【题目】如图所示,在直角坐标系的原点O处有一放射源,向四周均匀发射速度大小相等、方向都平行于纸面的带电粒子.在放射源右边有一很薄的挡板,挡板与xoy平面交线的两端M、N与原点O正好构成等腰直角三角形.已知带电粒子的质量为m,带电量为q,速度为υ,MN的长度为L.(不计带电粒子的重力)
(1)若在y轴右侧加一平行于x轴的匀强电场,要使y轴右侧所有运动的粒子都能打到挡板MN上,则电场强度E0的最小值为多大?在电场强度为E0时,打到板上的粒子动能为多大?
(2)若在整个空间加一方向垂直纸面向里的匀强磁场,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,磁场的磁感应强度不能超过多少(用m、υ、q、L表示)?若满足此条件,放射源O向外发射出的所有带电粒子中有几分之几能打在板的左边?
【答案】
(1)解:由题意知,要使y轴右侧所有运动粒子都能打在MN板上,其临界条件为:沿y轴方向运动的粒子作类平抛运动,且落在M或N点.
则M O′= L=υt…①
加速度a= …②
OO′= L= at2…③
解①②③式得
E0= …④
由动能定理知
qE0× L=Ek﹣ …⑤
解④⑤式得:
Ek=
答:电场强度E0的最小值为 ;在电场强度为E0时,打到板上的粒子动能为 ;
(2)解:由题意知,要使板右侧的MN连线上都有粒子打到,粒子轨迹直径的最小值为MN板的长度L.
R0= L=
B0=
放射源O发射出的粒子中,打在MN板上的粒子的临界径迹如图所示.
∵OM=ON,且OM⊥ON
∴OO1⊥OO2
∴υ1⊥υ2
∴放射源O放射出的所有粒子中只有 打在MN板的左侧.
答:放射源O放射出的所有粒子中只有 打在MN板的左侧.
【解析】(1)要使y轴右侧所有运动粒子都能打在 MN板上,其临界条件为:沿y轴方向运动的粒子作类平抛运动,且落在M或N点.根据牛顿第二定律求出电场强度的最小值,根据动能定理求解打到板上粒子的动能.(2)加匀强磁场后,粒子沿逆时针方向做匀速圆周运动,当轨迹以O′为圆心同时过M、N两点时,轨迹直径最小,得到粒子圆周运动的半径,由牛顿第二定律求出B的最大值.从O点向第四象限发射出的粒子均能打在MN板的左侧,占发射粒子总数的
【考点精析】解答此题的关键在于理解洛伦兹力的相关知识,掌握洛伦兹力始终垂直于v的方向,所以洛伦兹力一定不做功.