题目内容

如图在两水平放置的金属板之间有向上的匀强电场,电场强度为E.在两板之间及右侧有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度均为B.有两个带电粒子
 
2
1
H
、
 
4
2
He
(不计重力,不计粒子间的作用力),在同一竖直平面内以水平速度进入平行板,恰好都做匀速直线运动,射入点相距d=
2mE
eB2
,(其中e为元电荷电量,m为质子质量).求:

(1)两个粒子的速度
(2)两个粒子在虚线右侧磁场区域中运动的半径
(3)要使两粒子在离开平行板后能相遇,则两粒子射入平行板的时间差△t=?
分析:(1)两粒子在复合场中受到的电场力与洛伦兹力平衡,由平衡条件列式,即可求得粒子的速度.
(2)粒子进入右侧的磁场中由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律求出轨迹半径.
(3)根据几何知识确定两个粒子做匀速圆周运动轨迹对应的圆心角θ,结合周期T=
2πm
qB
,求出每个粒子在磁场中运动时间t=
θ
2π
T,即可求得时间差.
解答:解:(1)如图所示,由于两粒子均能匀速通过平行板,则有:qvB=qE,得v=
E
B
,则两粒子的速度相等,通过平行板的时间相同,两粒子离开平行板后均做匀速圆周运动,轨迹如图所示.
(2)设粒子质量为M由qvB=m
v2
r
,得r=
mv
qB

故有:r1=
2mv
eB
=
2mE
eB2
=d,r2=
4mv
2eB
=
2mE
eB2
=d
(3)因为r1=r2=d,所以必相遇在A点,因为△O1O2A为等边三解形,所以
 
2
1
H
粒子在磁场中转过120°角,
 
4
2
He粒子在磁场中转过60°角.
又由T=
2πm
qB
得:
 
2
1
H
运动周期为 T1=
4πm
eB

 
4
2
He粒子运动周期  T2=
8πm
2eB
=
4πm
eB

 所以△t=t1-t2=
T1
3
-
T2
6
=
2πm
3eB

答:
(1)两个粒子的速度均为
E
B
,
(2)两个粒子在虚线右侧磁场区域中运动的半径都是d.
(3)要使两粒子在离开平行板后能相遇,则两粒子射入平行板的时间差△t=
2πm
3Be
.
点评:本题是速度选择器与磁场偏转的综合,分析粒子的受力、画出轨迹是解题的关键.
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