题目内容
(19分)如图所示,在xOy平面内,离子源A产生的初速为零的同种带正电离子,质量m=1.0×10-20kg、带电量q=1.0×10-10C。离子经加速电场加速后匀速通过准直管并从C点垂直射入匀强偏转电场,偏转后通过极板MN上的小孔O离开电场,且粒子在O点时的速度大小为v=2.0×106m/s,方向与x轴成30°角斜向上。在y轴右侧有一个圆心位于x轴,半径r=0.01m的圆形磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度B=0.01T,有一垂直于x轴的面积足够大的竖直荧光屏PQ置于坐标x0=0.04m处。已知NC之间的距离d=0.02m,粒子重力不计。试求:
(1)偏转电场间电场强度的大小;
(2)粒子在圆形磁场区域的运动时间;
(3)若圆形磁场可沿x轴移动,圆心O’在x轴上的移动范围为(0.01m,+),由于磁场位置的不同,导致粒子打在荧光屏上的位置也不同,求粒子打在荧光屏上点的纵坐标的范围。
(1)
(2)
(3)[,]
(1) 解析:将速度v分解为如图所示的水平速度v1和竖直速度v2,得到:
① (1分)② (1分)
离子在偏转电场中,由动能定理:
③ (2分)
联立①②③解得:
(2分)
(2)离子在磁场中匀速圆周运动,由洛仑磁力提供向心力,则有: ④(1分)
解得:(1分)
由于,所以离子从x轴上的D点离开磁场。圆心角 (2分)
离子在磁场中做圆周运动的周期T=
所以离子在磁场中的运动时间(2分)
(3)当圆心O’在x=0.01m时,由几何关系可知,离子打在荧光屏的最低点,坐标为:
⑤(2分)
随着磁场向右移动,荧光屏上亮点的位置逐渐向上移动,当速度v的方向与磁场边界相切时,离子将打在荧光屏的最高位置。其最高点的坐标为:
⑥(3分)
故离子打在荧光屏上的范围为[,](2分)