题目内容
(18分)有一个长方体形的匀强磁场和匀强电场区域,它的截面是边长L=0.20m的正方形,其电场强度为E=4×105V/m,磁感强度B=2×10-2T,磁场方向垂直纸面向里,当一束质荷比为
=4×10-10kg/C的正离子流,以一定的速度从电磁场的正方形区域的边界中点射入,如右图所示,不计正离子的重力.
(1)要使离子流穿过电磁场区域而不发生偏转,电场强度的方向如何?离子流的速度多大?
(2)在离电磁场区域右边界D=0.4m处有与边界平行的平直荧光屏.若撤去电场,离子流击中屏上a点;若撤去磁 场,离子流击中屏上b点,求ab间的距离.
(18分)
解:(1)电场方向竖直向下(2分),与磁场构成粒子速度选择器,离子运动不偏转,则:
qE=qBv①(2分)
由①式解得:v=2×107(m/s)(2分)
(2)撤去电场,离子在磁场中做匀速圆周运动,所需向心力为洛伦兹力,于是:
qBv=
②(1分)
由②式可得:R=0.4(m)
离子离开磁场区边界时,如答图(甲)所示,偏转角: sinθ =
=
③(1分)
由③式得:θ=30°
偏离距离y1=R-Rcos④(1分)
由④式得:y1=0.05(m)
离开磁场后离子做匀速直线运动,总的偏离距离为y=y1+Dtgθ⑤(1分)
由⑤式得:y=0.28(m)
若撤去磁场,离子在电场中做匀变速曲线运动
通过电场的时间:t=
⑥(1分)
加速度:a=
⑦(1分)
偏离距离为y2′=
at2⑧(1分)
由⑥⑦⑧式解得y2′=0.05(m)
偏转角为θ′,如图(乙)所示,则tgθ′=
⑨(1分)
而vy = at ⑩(1分)
离开电场后离子做匀速直线运动,总的偏离距离
y′=y2′+Dtgθ′
(1分)
由
式解得y′=0.25(m)
a、b间的距离
=y+y′
(1分)
由上述式子解得:
=0.53(m)(1分)
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