题目内容


如图甲所示,偏转电场的两个平行极板水平放置,板长L=0.08m,板间距足够大,两板的右侧有水平宽度l=0.06m、竖直宽度足够大的有界匀强磁场。一个比荷为的带负电粒子以速度v0=8×105m/s从两板中间沿与板平行的方向射入偏转电场,若从该粒子进入偏转电场时开始计时,板间场强恰好按图乙所示的规律变化,粒子离开偏转电场后进入匀强磁场并最终垂直磁场右边界射出。不计粒子重力,

求:(1)粒子在磁场中运动的速率v;

(2)粒子在磁场中运动的轨道半径R和磁场的磁感应强度B;

(3)粒子从进入偏转电场到离开磁场所用的时间。


解:

(1)根据题意,电子在偏转电场中的运动时间:

     ……  (2分) 

对比乙图可知,电子在极板间运动的时间是偏转电场的一个周期。   

在第一个t=5×l0—8s时间内,电子在垂直于极板方向上做初速为0的匀加速直线运动,有:

          ……  (1分)        

            ……  (1分) 

在第二个t=5×l0—8s时间内,电子做匀速直线运动,带电粒子进入磁场时的速度为:

            ……  (2分) 

联解①③④⑤得:          ……  (1分)

(2)作出电子在磁场中的轨迹如图所示;    

设带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,由几何关系有:

                 ……  (2分)        

粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有:

                    ……  (1分)               

联解⑦⑧得:

R=0.1m                        ……  (1分)               

B=0.2T                        ……  (1分)               

(3)粒子在磁场中运动转过的圆心角θ

……  (2分)

θ=370          ……  (1分)

粒子在磁场中运动的时间……  (2分)

s……  (1分)

粒子运动的总时间为  t+t’=1.645×10-7s……  (2分)


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