题目内容

【题目】如图,宽为R、高为2R的矩形区域I内有水平向右的匀强电场,电场强度为E,区域I右边有一匀强磁场区域Ⅱ,方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B0,磁场左边界PQ上距A点为R处M点放置一长为3R的荧光屏MN,MN与PQ成角θ=53°。现有大量分布在区域I左边界上带正电、比荷相同的微粒从静止释放,经电场加速后进入磁场区域Ⅱ,其中沿矩形区域I中间射入磁场的粒子,进入区域Ⅱ后恰能垂直打在荧光屏上(不计微粒重力及其相互作用),求:

(1)微粒进入磁场区域的速度大小v和微粒的比荷;

(2)荧光屏上的发光区域长度△x;

(3)若改变区域Ⅱ中磁场的磁感应强度大小,能让所有射入磁场区域Ⅱ的微粒全部打中荧光屏,则区域Ⅱ中磁场的磁感应强度大小应满足的条件。

【答案】(1);;(2)1.2R;(3)B0≤B≤B0

【解析】

(1)带电微粒在电场中做匀加速直线运动,则由动能定理有:

①

微粒垂直打在荧光屏上,由题意可知,在区域Ⅱ中的运动半径为:

r=2R②

由牛顿第二定律有:

③

解得:

④

⑤

(2)从区域I中最高点穿出,打在离M点x1处的屏上,由几何关系得:

(x1cosθ+R)2+(x1sinθ)2=(2R)2⑥

解得:

⑦

从区域I中最低点穿出,打在离M点x2处的屏上,由几何关系得:

(x2cosθ-R)2+(x2sinθ)2=(2R)2⑧

解得:

⑨

分析可知所有微粒均未平行于PQ方向打在板上,因此荧光屏上的发光区域长度:

△x=x2-x1=1.2R⑩

(3)从区域I中最高点穿出的微粒恰好打在M点时,有:

r1=R

由牛顿第二定律有:

解得:

B1=B0

从A点进入区域Ⅱ打中N点的微粒运动半径为最大允许半径,由几何关系得

(3Rcosθ+R-r2)2+(3Rsinθ)2=r22

解得:

r2=R

由牛顿第二定律有:

解得:

B2=B0

要让所有微粒全部打中荧光屏,区域Ⅱ中的磁感应强度大小应满是的条件是:

B0≤B≤B0

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