题目内容
选做题．在以下两题中选择一题完成．多做不加分
如图所示，足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，现从ad边的中心O点处，垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子，v0与ad边的夹角为30°．已知粒子质量为m，带电量为q，ad边长为L，不计粒子的重力．
（1）求要使粒子能从ab边射出磁场，v0的大小范围．
（2）粒子在磁场中运动的最长时间是多少？在这种情况下，粒子将从什么范围射出磁场？
19-B汤姆生用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子（不计初速、重力和电子间的相互作用）经加速电压加速后，穿过A′中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，（O′与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计．此时，在P和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2（如图所示）．
（1）求打在荧光屏O点的电子速度的大小．
（2）推导出电子的比荷的表达式
如图所示，足够长的矩形区域abcd内充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，现从ad边的中心O点处，垂直磁场方向射入一速度为v0的带正电粒子，v0与ad边的夹角为30°．已知粒子质量为m，带电量为q，ad边长为L，不计粒子的重力．
（1）求要使粒子能从ab边射出磁场，v0的大小范围．
（2）粒子在磁场中运动的最长时间是多少？在这种情况下，粒子将从什么范围射出磁场？
19-B汤姆生用来测定电子的比荷（电子的电荷量与质量之比）的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子（不计初速、重力和电子间的相互作用）经加速电压加速后，穿过A′中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域．当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，（O′与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计．此时，在P和P′间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场．调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向的长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2（如图所示）．
（1）求打在荧光屏O点的电子速度的大小．
（2）推导出电子的比荷的表达式
A、（1）画出从O点射入磁场的粒子运动轨迹的动态圆，能够从ab边射出的粒子的临界轨迹如图所示；
轨迹与dc边相切时，射到ab边上的A点，此时轨迹圆心为O1，则轨道半径r1=L，由qv0B=m
，得最大速度v0=
．
轨迹与ab边相切时，射到ab边上的B点，此时轨迹圆心为O2，则轨道半径r2=
，由qv0B=m
，得最小速度v0=
．
所以粒子能够从ab边射出的速度范围为：
＜v0＜
．
（2）当粒子从ad边射出时，时间均相等，且为最长时间，因转过的圆心角为300°，所以最长时间：tm=
T=
，射出的范围为：OC=r2=
．
B．（1）当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，设电子的速度为v，则 evB=eE
得 v=
即 v=
（2）当极板间仅有偏转电场 时，电子以速度v进入后，竖直方向作匀加速运动，加速度为a=
电子在水平方向作匀速运动，在电场内的运动时间为 t1=
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为 d1=
a
=
离开电场时竖直向上的分速度为 v1=at1=
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏 t2=
t2时间内向上运动的距离为 d2=v⊥t2=
这样，电子向上的总偏转距离为 d=d1+d2=
L1(L2+
)
可解得
=
轨迹与dc边相切时，射到ab边上的A点，此时轨迹圆心为O1，则轨道半径r1=L，由qv0B=m
| v2 |
| r1 |
| qBl |
| m |
轨迹与ab边相切时，射到ab边上的B点，此时轨迹圆心为O2，则轨道半径r2=
| L |
| 3 |
| v2 |
| r2 |
| qBl |
| 3m |
所以粒子能够从ab边射出的速度范围为：
| qBL |
| 3m |
| qBL |
| m |
（2）当粒子从ad边射出时，时间均相等，且为最长时间，因转过的圆心角为300°，所以最长时间：tm=
| 5 |
| 6 |
| 5πm |
| 3qB |
| L |
| 3 |
B．（1）当电子受到的电场力与洛沦兹力平衡时，电子做匀速直线运动，亮点重新回复到中心O点，设电子的速度为v，则 evB=eE
得 v=
| E |
| B |
| U |
| Bb |
（2）当极板间仅有偏转电场 时，电子以速度v进入后，竖直方向作匀加速运动，加速度为a=
| eU |
| mb |
电子在水平方向作匀速运动，在电场内的运动时间为 t1=
| L1 |
| v |
这样，电子在电场中，竖直向上偏转的距离为 d1=
| 1 |
| 2 |
| t | 21 |
e
| ||
| 2mv2b |
离开电场时竖直向上的分速度为 v1=at1=
| eL1U |
| mvb |
电子离开电场后做匀速直线运动，经t2时间到达荧光屏 t2=
| L2 |
| v |
t2时间内向上运动的距离为 d2=v⊥t2=
| eUL1L2 |
| mv2b |
这样，电子向上的总偏转距离为 d=d1+d2=
| eU |
| mv2b |
| L1 |
| 2 |
可解得
| e |
| m |
| Ud |
| B2bL1(L2+L1/2) |
练习册系列答案
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选做题．在以下两题中选择一题完成．多做不加分
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选做题．在以下两题中选择一题完成．多做不加分