题目内容

(20分)如图所示,在空间中存在垂直纸面向里的场强为B匀强磁场,其边界ABCD的宽度为d,在左边界的Q点处有一质量为m,带电量为负q的粒子沿与左边界成30o的方向射入磁场,粒子重力不计.求:

(1)带电粒子能从AB边界飞出的最大速度?

(2)若带电粒子能垂直CD边界飞出磁场,穿过小孔进入如图所示的匀强电场中减速至零且不碰到负极板,则极板间电压及整个过程中粒子在磁场中运动的时间?

(3)若带电粒子的速度是(2)中的倍,并可以从Q点沿纸面各个方向射入磁场,则粒子能打到CD边界的范围?

 

【答案】

(1)(2)(3)

【解析】(1)粒子能从左边界射出,临界情况有

        (3分)

所以粒子能从左边界射出速度应满足                   (3分)

(2)粒子能从右边界射出                (2分)

   解得             (1分)

粒子不碰到右极板所加电压满足的条件             (1分)

因粒子转过的圆心角为,所用时间为,而           (2分)

因返回通过磁场所用时间相同,所以总时间         (2分)

(3)当粒子速度是(2)中的倍时   解得                   (3分)

粒子运动轨迹如图

由几何关系可得                          (3分)

 

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