题目内容
【题目】如图甲所示,两平行金属板接有如图乙所示随时间t变化的电压U,两板间电场可看作均匀的,且两金属板外无电场,两金属板长L=0.2 m,两板间距离d=0.2 m.在金属板右侧边界MN的区域有一足够大的匀强磁场,MN与两板中线OO′垂直,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里.现有带正电的粒子流沿两板中线OO′连续射入电场中,已知每个粒子速度v0=105 m/s,比荷=108 C/kg,重力忽略不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视作是恒定不变的.
(1)试求带电粒子射出电场时的最大速度;
(2)任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和在MN上出射点的距离是一确定的值s,试通过计算写出s 的表达式(用字母m、v0、q、B表示).
【答案】(1)。方向:斜向右上方或斜向右下方,与初速度方向成45°夹角;(2)s,距离s与粒子在磁场中运行速度的大小无关,s为定值。
【解析】
(1)偏转电压由0到200V的变化中,粒子流可能都能射出电场,也可能只有部分粒子能射出电场,设偏转的电压为U0时,粒子刚好能经过极板的右边缘射出,则:
解得U0=100V
知偏转电压为100V时,粒子恰好能射出电场,且速度最大。
根据动能定理得,
。
方向:斜向右上方或斜向右下方,与初速度方向成45°夹角。
(2)设粒子射出电场速度方向与MN间夹角为θ.粒子射出电场时速度大小为:
在磁场中,
解得R
因此粒子射进磁场点与射出磁场点间距离为:s。
由此可看出,距离s与粒子在磁场中运行速度的大小无关,s为定值。
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