题目内容

如图所示,M、N是竖直正对放置的两个平行金属板,S1、S2是M、N板上的两个小孔;N板的右侧有一个在竖直面内,以O为圆心的圆形区域,该区域内存在垂直圆面向外的匀强磁场,另有一个同样以O为圆心的半圆形荧光屏AO′C;已知S1、S2、O和荧光屏的中间位置O′在同一直线上,切AC⊥S1O′当在M、N板间加恒定电压U时,一带正电离子在S1处由静止开始加速向S2孔运动,最后打在图示的荧光屏上的P处,∠COP=300.若要让上述带电离子(不计重力)仍在S1处静止开始加速,最后打在图示的荧光屏下边缘C处,求M、N板间所加电压的大小.

设离子的质量为m、电荷量为q,磁场的磁感应强度为B、所在区域的半径为R,离子加速后获得的速度为v

当电压为U时,由动能定理有  ①

在磁场中,离子做匀速圆周运动(见下图)

由牛顿定律可知   ②

由①②式得    ③

其中,     ④

当电压为U′时,离子打在C处

同理有       ⑤                                             

其中,                  ⑥                                             

由③④⑤⑥可解得U′=U/3

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