题目内容

如图所示,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为电场和磁场的理想边界,一束电子(电量为e,质量为m,重力不计)由静止状态从P点经过Ⅰ、Ⅱ间的电场加速后垂直到达边界Ⅱ的Q点.匀强磁场的磁感应强度为B,磁场边界宽度为d,电子从磁场边界Ⅲ穿出时的速度方向与电子原来的入射方向夹角为30°.求:
(1)电子在磁场中运动的时间t;
(2)若改变PQ间的电势差,使电子刚好不能从边界Ⅲ射出,则此时PQ间的电势差U是多少?
(1)由evB=
mv2
R

且T=
2πR
v

得电子在磁场中运动周期T=
2πm
eB

电子在磁场中运动时间t=
30°
360°
T
=
T
12

解得:t=
πm
6eB

(2)电子刚好不从边界Ⅲ穿出时轨迹与边界相切,运动半径为R=d
由evB=
mv2
R
得
v=
eBd
m

PQ间电场力做功等于动能的增加,由eU=
1
2
mv2

得U=
eB2d2
2m
;
答:(1)电子在磁场中运动的时间t=
πm
6eB
;(2)若改变PQ间的电势差,使电子刚好不能从边界Ⅲ射出,则此时PQ间的电势差U=
eB2d2
2m
.
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