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)