题目内容

【题目】如图所示,在x轴的上方存在垂直纸面向里,磁感应强度大小为B0的匀强磁场,位于x轴下方离子源C发射质量为m、电荷量为q的一束负离子,其初速度大小范围为0~v0.这束离子经电势差为U=的电场加速后,从小孔O(坐标原点)垂直x轴并垂直磁场射入磁场区域,最后打到x轴上.在x轴上2a~3a(a=)区间水平固定放置一探测板.假设每秒射入磁场的离子总数为N0,打到x轴上的离子数均匀分布(离子重力不计).

(1)求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间;

(2)调整磁感应强度的大小,可使速度最大的离子恰好打在探测板的右端,求此时的磁感应强度大小B1;

(3)保持磁感应强度B1不变,求每秒打在探测板上的离子数N;若打在板上的离子80%被板吸收,20%被反向弹回,弹回速度大小为打板前速度大小的0.6倍,求探测板受到的作用力大小.

【答案】(1)[2a,4a] (2) B0 (3) N0 N0mv0

【解析】(1)对于初速度为0的离子,根据动能定理::qU=mv

在磁场中洛仑兹力提供向心力: ,所以半径:r1==a

恰好打在x=2a的位置;

对于初速度为v0的离子,qU=mv-m(v0)2

r2==2a,

恰好打在x=4a的位置

故离子束从小孔O射入磁场打在x轴上的区间为[2a,4a]

(2)由动能定理

qU=mv-m(v0)2

r3=

r3=a

解得B1=B0

(3)对速度为0的离子

qU=mv

r4==a

2r4=1.5a

离子打在x轴上的区间为[1.5a,3a]

N=N0=N0

对打在x=2a处的离子

qv3B1=

对打在x=3a处的离子

qv4B1=

打到x轴上的离子均匀分布,所以=

由动量定理

-Ft=-0.8Nm+0.2N(-0.6m-m)

解得F=N0mv0。

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