题目内容

如图所示,在铅板A上有一个放射源C可向各个方向射出速率v=2.04×107m/s的b射线.B为金属网,A、B连接在电路上,电源电动势E=15V,内阻r=2.5Ω,滑动变阻器在0~10Ω之间可调.图中滑动变阻器滑片置于中点,A、B间距d=10cm,M为荧光屏(足够大),它紧挨着金属网外侧.已知b 粒子的比荷e/m=1.7×1011C/kg,不计b 射线所形成的电流对电路的影响.求:

(1)闭合开关S后,AB间的场强的大小;

(2)b粒子到达金属网B的最长时间;

(3)切断开关S,并撤去金属网B,加上垂直纸面向内、范围足够大的匀强磁场,磁场强度大小B=6.0×10-4T.这时在竖直方向上能观察到荧光屏亮斑区的长度.

答案:见详解
解析:

(1)由闭合电路欧姆定律得:

I==A=1.2A

UAB=IR/2=1.2×10/2V=6.0V

UAB=IR/2=1.2×10/2V=6.0V

由EAB=UAB/d=6.0/0.1V/m=60V/m.

(2)b粒子在两板间运动只受电场力作用,其加速度为a=F/m=eE/m=1.7×1011×60m/s2=1.02×1013m/s2.

分析可知,沿A板方向射出的b粒子做类似平抛运动到达B板所用的时间最长.根据d=a·t2,

所以t===1.4×10-7s.

(3) b粒子垂直进入磁场只受洛伦兹力作用做匀速圆周运动

有:evB=mv2/r  ①

得:r=mv/eB  ②

所以

r=2.04×107/(1.7×1011×6.0×10-4)m=0.2m

荧光屏亮斑区的上边界就是沿A板射出的b粒子所达到的a点(r-d)2==r2  ③

=m=m

=0.17m.

荧光屏亮斑区的下边界就是b粒子轨迹与屏相切的c点(或作轨迹图)有  (r-d)2+=r2  ④

比较③④两式,有

=

在竖直方向上亮斑区的长度为

=2=2×0.17m=0.34m.


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