题目内容
26、(20分)如图所示,粒子源S可以不断产生质量为m、电荷量为+q的粒子(重力不计)。粒子从O1孔飘进一个水平方向的加速电场(初速不计),再经过小孔O2进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B1,方向如图。虚线PQ、MN之间存在着水平向右的匀强磁场,磁场范围足够大,磁感应强度大小为B2。一块折成直角的硬质塑料片abc(不带电,宽度和厚度都很小可忽略)放置在PQ、MN之间,截面图如图,a、c两点分别位于PQ、MN上,ab=bc=L,a=45º。粒子能沿图中虚线O2O3的延长线进入PQ、MN之间的区域。
(1)求加速电压U1;
(2)假设粒子与硬质塑料片相碰后,速度大小不变,方向遵循光的反射定律,那么粒子与塑料片第一次相碰后到第二次相碰前做什么运动?
(3)粒子在PQ、MN之间的区域中运动的总时间t和总路程s。
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(1)粒子在正交场中做匀速运动,Eq=qv0B1 (分2),则
由动能定理得
(2分) 得
(1分)
(2)粒子碰到ab后以大小为v0的速度垂直磁场方向运动,在洛仑兹作用下在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动,转过一周后达到ab的下部。 (3分)
(3)由
(2分) 得 R=
兀°(1分)
由
(2分) 得
(1分)
粒子在磁场中共碰板2次,做圆周运动的时间为 t1=2T=
(1分)
做圆周运动的路程为 s1=2·2πR=兀
, (1分)
在水平方向上运动的路程 s2=
(1分) 经历的时间为t2=
(1分)
则 粒子在PQ、MN之间的区域中运动的总时间t=t1+t2=
+
(1分)
总路程s= s1+s2=兀
+
(1分)
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