题目内容

(18分)如图所示,一个板长为L,板间距离也是L的平行板容器上极板带正电,下极板带负电。有一对质量均为m,重力不计,带电量分别为+q和-q的粒子从极板正中水平射入(忽略两粒子间相互作用),初速度均为v0。若-q粒子恰能从上极板边缘飞出,求

(1)两极板间匀强电场的电场强度E的大小和方向

(2)-q粒子飞出极板时的速度v的大小与方向

(3)在极板右边的空间里存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,为使得+q粒子与-q粒子在磁场中对心正碰(碰撞时速度方向相反),则磁感应强度B应为多少?

解:(1)(6分)由于上板带正电,下板带负电,故板间电场强度方向竖直向下 (2分)

       -q粒子在水平方向上匀速运动,在竖直方向上匀加速运动

        …………………….……………………..………………①(1分)

       ……………………………………………..……………②(1分)

       其中

       ………………………………………………………………………………③(1分)

(①②③联合列式且正确者得3分)

       由①②③得,………………………………………..④(1分)

(此问未回答E的方向者扣2分)

(2)(6分)设粒子飞出板时水平速度为vx,竖直速度为vy,水平偏转角为

       ……………………………….…………………………..⑤(1分)

       ………………………………………..⑥(1分)

       ………………………………………………………………..⑦(1分)

       ……………………………………………………⑧(1分)

       由④⑤⑥⑦⑧式可得….…………………………⑨(2分)

(⑤⑥⑦联合列式且正确者得3分)

(3)(6分)由于+q粒子在电场中向下偏转,且运动轨迹与-q粒子对称,它飞出下极板时速度大小与偏转角和-q粒子相同,进入磁场后它们均做圆周运动,为了使它们正碰,只须,轨迹如图所示(正确画出轨迹图可得2分)

       由几何关系易知.…………………………………⑩(1分)

       洛伦兹力提供向心力.……………………… .………….⑾(2分)

       由得⑨⑩⑾…………………………………………..(1分)

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