题目内容

如图,静止于A处的离子,经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场,已知圆弧所在处场强为E0,方向如图所示;离子质量为m、电荷量为q;,离子重力不计。

(1)求圆弧虚线对应的半径R的大小;
(2)若离子恰好能打在NQ的中点上,求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值;
(3)若撤去矩形区域QNCD内的匀强电场,换为垂直纸面向里的匀强磁场,要求离子能最终打在QN上,
求磁场磁感应强度B的取值范围。
(1);(2);(3)

试题分析: (1)离子在加速电场中加速,根据动能定理,有:,离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,根据牛顿第二定律,有, 得
(2)带电粒子做类平抛运动,d=vt,3d=,由牛顿第二定律:qE=ma,解得
(3)带电粒子在匀强磁场做匀速圆周运动,洛仑滋力提供向心力,
,解得:,带电粒子能打到QN上,则带电粒子运动径迹的边界如图

由几何关系可知:,则有
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