题目内容

如图所示,是一种电子扩束装置的原理示意图。直角坐标系原点O处有一电子发射装置,可以不断朝xOy平面内x≥0区域任意方向发射电子,电子的速率均为v0,已知电子的电荷量为e、质量为m。在0≤x≤d的区域内分布着沿x轴负方向的匀强电场,场强大小,在x>d区域内分布着足够大且垂直于xOy平面向外的匀强磁场,匀强磁场的磁感应强度。ab为一块很大的平面感光板,在磁场内平行于y轴放置,电子打到板上后会在板上形成一条亮线。不计电子的重力和电子之间的相互作用。求:

(1)电子进入磁场时速度v的大小;
(2)当感光板沿x轴方向移到某一位置时恰好没有电子打到板上,求板ab到y轴的距离x1
(3)保持(2)中感光板位置不动,要使所有电子恰好都能打到感光板上时磁感应强度B′的大小以及电子打到板上形成亮线的长度

(1) (2)(3)  

解析试题分析:(1)电场力对电子做功,根据动能定理:
        ①
解①得:         ②
(2)由题意结合左手定则可以判定:若沿y轴负方向射出的电子进入磁场后轨迹与ab板相切不能打到ab板上时,则所有电子均不能打到ab板上,作出其运动轨迹如图所示。

设该电子进入磁场时与竖直方向的夹角为θ,有:         ③
电子在洛伦兹力作用下做圆周运动:        ④
由图中几何关系:        ⑤
联解②③④⑤得:
        ⑥
(3)由题意结合左手定则可以判定:若沿y轴正方向射出的电子进入磁场后轨迹恰好与ab板相切能打到ab板上,则所有电子均能打到板上,作出其运动轨迹如图所示。

由图中几何关系:
        ⑦
        ⑧
联解②③⑥⑦⑧得:
        ⑨
沿y轴正、负方向发射的电子在电场中做类平抛运动,设沿y轴的偏转量为y1,则:
        ⑩
       ?
设沿y轴正方向发射的电子打到感光板上时在磁场中运动沿y轴的偏转量为y2,沿y轴负方向发射的电子打到感光板上时在磁场中运动沿y轴的偏转量为y3,由图中几何关系得:
       ?
       ?
电子打到板上形成亮线的长度:
       ?
联解得:
       ?
评分参考意见:本题满分19分,其中①式4分,④式2分,②③⑤⑥⑦⑧⑨⑩?????式各1分;若有其他合理解法且答案正确,可同样给分。
考点:本题考查带电粒子在复合场中的运动

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