题目内容

如图所示,相距为d的狭缝PQ间存在着方向始终与PQ平面垂直、电场强度大小为E的匀强电场,且电场的方向按一定规律分时段变化。狭缝两侧均有磁感强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,且磁场区域足够大。某时刻从P平面处由静止释放一个质量为m、带电荷为q的带负电粒子(不计重力),粒子被加速后由A点进入Q平面右侧磁场区,以半径r1做圆运动,此时电场的方向已经反向,当粒子由A1点自右向左通过Q平面后,使粒子再次被加速进入P平面左侧磁场区做圆运动,此时电场又已经反向,粒子经半个圆周后通过P平面进入PQ狭缝又被加速,……。以后粒子每次通过PQ间都被加速。设粒子自右向左穿过Q平面的位置分别是A1A2A3、……An……,求:(1)粒子第一次在Q右侧磁场区做圆运动的半径r1的大小。(2)粒子第一次和第二次通过Q平面的位置A1A2之间的距离。(3)设AnAn+1间的距离小于r1/3,则n值为多大。

 


(1)设粒子由静止释放,经电场加速后第一次通过Q平面时的速度为v1,根据动能定理有  qEd=mv12     解得:

设粒子在Q侧匀强磁场内圆运动半径r1,根据洛仑兹力公式和向心力公式有:

qv1B =mv12/r1

解得:r1=

(2)设粒子经A1并加速后进入P平面左侧磁场区的速度为v2,根据动能定理有

qEd=mv2- mv12

设粒子在P左侧做圆运动的半径为r2,根据洛仑兹力公式和向心力公式有:

qv2B =mv22/r2    解得:r2=r1

设粒子在PQ间经第三次加速后进行Q右侧磁场区的速度为v3,圆运动的半径为r3,同理有:Eqd=mv32 - mv22,  qv3B =mv32/r3

解得:r3=r1…………………………………………………………………2分

粒子由A2射出时,A2A1之间的距离为:A2A1=2r3-2r2=2(-r1

(3)同理可得,由A3射出时,A3A2相距:A3A2=2r5-2r4=2(-r1

…………

粒子由An+1射出时,An+1An相距:An+1An=2(-r1

依题意有:2(-r1<r1/3,解得n>5

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