题目内容

如图甲所示,坐标系中,两平行极板垂直于轴且板与轴重合,左端与坐标原点重合,紧贴板下表面有一沿轴放置的长荧光屏,其右端与板右端平齐,粒子打到屏上发出荧光.极板长度,板间距离,两板间加上如图乙所示的周期性电压.轴下方有垂直于平面向外、磁感应强度的匀强磁场.在轴的( 0,)处有一粒子源,能沿两极板中线连续向右发射带正电的粒子,已知粒子比荷为、速度。时刻射入板间的粒子恰好经板右边缘射入磁场.(粒子重力不计)求:

( l )电压U0的大小.

( 2 )连续发射的粒子在射出极板时,出射点偏离入射方向的最小距离.

( 3 )荧光屏发光区域的坐标范围.

解:(1)对时刻进入板间的粒子先在板间偏转,后匀速运动,如图中轨迹1所示,

由牛顿第二定律得:  (2分)

水平方向匀速运动:     (1分)

解得:

              竖直方向:(1分)

解得: (2分)

(2)当粒子从,()时刻射入时偏转量最小,如图中轨迹2所示

  (2分)

解得:  (2分)

(3)所有粒子进入磁场时速度均为,与轴夹角均为,半径为

     (1分)

 (1分)

  (1分)

时刻射入的粒子,距板的右端距离最大为,粒子束进入磁场的宽度为,由几何关系:

,(1分)

解得:(1分)

粒子在磁场中偏转的距离为:(1分)

时刻进入的粒子打在荧光屏上的坐标为,且:

(1分)

时刻进入的粒子打在荧光屏上的坐标为,有:

               (1分)

荧光屏发光区域的坐标范围为 (2分)

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