题目内容
13.(1)若射出的粒子能打在AB板上,求能力打在AB板上的粒子进入电场时的速度范围;
(2)在电场可侧放置挡板BD,挡板与x轴交于C点,已知AC=AB,BC=2CD.粒子与挡板碰撞速度大小不变,方向反向,为使由AB上边缘进入磁场的粒子能到达CD区域,求磁场感应强度的取值范围.
分析 (1)粒子在电场中做类似平抛运动,考虑恰好射到B点的临界情况,根据类平抛运动的分运动公式列式求解即可;
(2)由AB上边缘进入磁场的粒子,先由类平抛运动的规律得到其速度大小和方向,进入磁场后做匀速圆周运动,画出恰好经过C或D的临界轨迹,结合几何关系得到临界半径,根据牛顿第二定律得到磁场感应强度的取值范围.
解答 解:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,设运动时间为t,加速度为a,则:
竖直分位移:L≥$\frac{1}{2}a{t}^{2}$,
水平分位移:2L=v0t,
加速度:a=$\frac{qE}{m}$,
解得:v0≥$\sqrt{\frac{2qEL}{m}}$;
(2)设粒子打到B点时速度为v合,与竖直方向夹角为θ,竖直方向速度为vy,结合第一问的解答,则vy=at=v0,故θ=45°;
故${v}_{合}=\sqrt{{v}_{x}^{2}+{v}_{0}^{2}}$,得到${v}_{合}=\sqrt{\frac{4qEL}{m}}$;![]()
所以粒子垂直于BD边进入磁场,由题意可知粒子从B点垂直射入磁场经半圆垂直打到D时磁感应强度最小.
由$Bq{v}_{合}=m\frac{{v}_{合}^{2}}{R}$ 得:R=$\frac{m{v}_{合}}{qB}$;
若运动1个半圆打到CD区域,有:$\sqrt{2}L≤2R≤\frac{3\sqrt{2}}{2}L$;
若运动2个半圆打到CD区域,有:$\sqrt{2}L≤4R≤\frac{3\sqrt{2}}{2}L$;
若运动3个及以上半圆打到CD区域有2R≤$\frac{{\sqrt{2}}}{2}L$;
由以上解得:$\frac{4}{3}\sqrt{\frac{2Em}{qL}}≤B≤2\sqrt{\frac{2Em}{qL}}$或$B≥\frac{8}{3}\sqrt{\frac{2Em}{qL}}$;
答:(1)若射出的粒子能打在AB板上,求能打在AB板上的粒子进入电场时的速度范围是v0≥$\sqrt{\frac{2qEL}{m}}$;
(2)为使由AB上边缘进入磁场的粒子能到达CD区域,磁场感应强度的取值范围为:$\frac{4}{3}\sqrt{\frac{2Em}{qL}}≤B≤2\sqrt{\frac{2Em}{qL}}$或$B≥\frac{8}{3}\sqrt{\frac{2Em}{qL}}$.
点评 本题是粒子在电磁场中的运动问题,在电场中做类似平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,关键是画出运动轨迹,注意两个运动的连接位置的速度大小和方向的判断.
| A. | a带负电、b带正电,比荷之比为$\frac{{q}_{1}}{{m}_{1}}$:$\frac{{q}_{2}}{{m}_{2}}$=2:3 | |
| B. | a带正电、b带负电,比荷之比为$\frac{{q}_{1}}{{m}_{1}}$:$\frac{{q}_{2}}{{m}_{2}}$=2:3 | |
| C. | a带负电、b带正电,比荷之比为$\frac{{q}_{1}}{{m}_{1}}$:$\frac{{q}_{2}}{{m}_{2}}$=3:2 | |
| D. | a带正电、b带负电,比荷之比为$\frac{{q}_{1}}{{m}_{1}}$:$\frac{{q}_{2}}{{m}_{2}}$=3:2 |
| A. | 电流由b向a;若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电容器上极板带负电 | |
| B. | 电流由b向a;若磁场正在增强,则电场能正在增大,电容器上极板带负电 | |
| C. | 电流由b向a;若磁场正在增强,则电场能正在减小,电容器上极板带正电 | |
| D. | 电流由a向b;若磁场正在减弱,则电容器正在充电,电容器上极板带负电 |