题目内容
如图甲所示,偏转电场的两个平行极板水平放置,板长L=0.08m,板间距足够大,两板的右侧有水平宽度l=0.06m、竖直宽度足够大的有界匀强磁场。一个比荷为
的带负电粒子以速度v0=8×105m/s从两板中间沿与板平行的方向射入偏转电场,若从该粒子进入偏转电场时开始计时,板间场强恰好按图乙所示的规律变化。粒子离开偏转电场后进入匀强磁场并最终垂直磁场右边界射出。不计粒子重力,求:
(1)粒子在磁场中运动的速率v;
(2)粒子在磁场中运动的轨道半径R和磁场的磁感应强度B。
解:(1)根据题意,电子在偏转电场中的运动时间:
① (2分)
对比乙图可知,电子在极板间运动的时间是偏转
电场的一个周期。 ② (1分)
在第一个t=5×l0—8s时间内,电子在垂直于极板
方向上做初速为0的匀加速直线运动,有:
③ (2分)
④ (1分)
在第二个t=5×l0—8s时间内,电子做匀速直线运
动,带电粒子进入磁场时的速度为:
⑤ (2分)
联解①③④⑤得:
⑥ (2分)
(2)作出电子在磁场中的轨迹如图所示; ⑦ (2分)
设带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,由几何关系有:
⑧ (2分)
粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有:
⑨ (2分)
联解⑦⑧得:
R=0.1m ⑩ (2分)
B=0.2T
(2分)
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