题目内容

如图所示,在以O为圆心,半径为R的圆形区域内,有一个水平方向的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.竖直平行正对放置的两金属板A、K连在电压可调的电路中.S1、S2为A、K板上的两个小孔,且S1、S2和O在同一直线上,另有一水平放置的足够大的荧光屏D,O点与荧光屏的距离为h.比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电的粒子由S1进入电场后,通过S2射入磁场中心,通过磁场后打在荧光屏D上.粒子进人电场的初速度及其所受重力均可忽略不计.

   (1)请分段描述粒子自S1到荧光屏D的运动情况;

   (2)求粒子垂直打在荧光屏上P点时速度的大小;

   (3)移动变阻器滑片,使粒子打在荧光屏上的Q点,PQ= (如图所示),求此时A、K两极板间的电压.

(1)粒子在电场中自S1至S2做匀速直线运动;自S2至进入磁场前做匀速直线运动;进入磁场后做匀速圆周运动;离开磁场至荧光屏做匀速直线运动

(2)

(3)


解析:

(1)粒子在电场中自S1至S2做匀速直线运动;自S2至进入磁场前做匀速直线运动;进入磁场后做匀速圆周运动;离开磁场至荧光屏做匀速直线运动.       (4分)

(2)设粒子的质量为m,电荷量为q,垂直打在荧光屏上的P点时的速度为,粒子垂直打在荧光屏上,说明粒子在磁场中的运动是四分之一圆周,运动半径r1=R,如图所示     (2分)

根据牛顿第二定律    (2分)

依题意    (1分)

解得     (2分)

(3)设粒子在磁场中运动轨道半径为r2,偏转角为2,粒子射出磁场时的方向与竖直方向夹角为,粒子打到 Q点时的轨迹如图所示,

由几何关系可知             (2分)

          (2分)

设此时A、K两极板间的电压为U,粒子离开S2时的速度为,根据牛顿第二定律               (2分)

 (2分)    (2分)

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