题目内容

【题目】在真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的甲型区和乙型区,甲型区和乙型区的宽度均为d.甲型区为真空;乙型区存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,方向竖直向上;磁感应强度为B,方向水平垂直纸面向里,边界互相平行且与电场方向垂直.一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子在第1层上边界某处由静止释放,粒子始终在甲乙区中运动,不计粒子运动时的电磁辐射,已知qE=mg.

(1)求粒子在第2层乙型区中运动时速度v2的大小与轨迹半径r2;

(2)粒子从第10层乙型区下边界穿出时,速度的方向与竖直向下方向的夹角为θ10,试求sin θ10的值.

【答案】(1), (2)

【解析】

(1)粒子在混合场中加速,由动能定理可求得进入第2层时的速度;再由洛仑兹力充当向心力可求得半径;

(2)根据电场力做功可明确速渡,再根据洛仑兹力充当向心力找出第10层中的半径关系,由数学规律可得出通项式,即可求出sinθ10;

(1)粒子在乙型区受力qE=mg,则合力为洛伦兹力.

粒子在进入第2层乙型区时,经过两次甲型区加速,

由动能定理,有:

解得:

粒子在第2层乙型区中,洛伦兹力充当向心力:

解得:

(2)解法一:粒子从第10层乙型区下边界穿出时,速度为v10,其水平分量为v10x,

由动能定理有:

解得:

由动量定理:有∑BqvyΔt=mv10x

即:10Bqd=mv10x

解得:

综合得:

解法二:如图:r10sin θ10-r10sin α10=d ①

显然v10sin α10=v9sin θ9 ②(甲型区为类抛体运动)

,, ②

即:r10sin θ10-r9sin θ9=d,

同理r9sin θ9-r8sin θ8=d

r10sin θ10=r1sin θ1+9d

显然r1sin θ1=d

r10sin θ10=10d

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