题目内容
3.(1)α粒子通过电场和磁场边界mn时的速度大小及此时距y轴的最大距离;
(2)磁感应强度B的大小;
(3)将ab板至少向下平移多大距离才能使所有的粒子均能打到板上?此时ab板上被α粒子打中的区域的长度.
分析 (1)根据动能定理求出α粒子刚进人磁场时的动能.
(2)粒子沿x轴正方向射出的粒子进入磁场偏转的角度最大,若该粒子进入磁场不能打在ab板上,则所有粒子均不能打在ab板上.根据带电粒子在电场中类平抛运动,求出进入磁场中的偏转角度,结合几何关系得出轨道半径,从而得出磁感应强度的大小.
(3)沿x轴负方向射出的粒子若能打到ab板上,则所有粒子均能打到板上.其临界情况就是此粒子轨迹恰好与ab板相切.根据带电粒子在磁场中运动的轨道半径大小得出磁场的宽度,从而确定出ab板移动的位置,根据几何关系求出ab板上被α粒子打中的区域的长度.
解答 解:
(1)根据动能定理:$Eqd=\frac{1}{2}m{v^2}-\frac{1}{2}mv_0^2$
可得:v=2v0
初速度方向与x轴平行的粒子通过边界mn时距y轴最远,由类平抛知识:
沿电场线方向上有:$d=\frac{1}{2}a{t^2}$
由牛顿第二定律可得:Eq=ma
垂直于电场线方向上有:x=v0t
解得:$x=\frac{{2\sqrt{3}}}{3}d$
(2)根据上题结果可知:
对于沿x轴正方向射出的粒子进入磁场时与x轴正方向夹角:$θ=\frac{π}{3}$
易知若此粒子不能打到ab板上,则所有粒子均不能打到ab板,因此此粒子轨迹必与ab板相切,可得其圆周运动的半径:$r=\frac{2}{3}d$![]()
又根据洛伦兹力提供向心力:$Bqv=\frac{{m{v^2}}}{r}$
可得:$B=\frac{{3m{v_0}}}{qd}$
(3)由分析可知沿x轴负方向射出的粒子若能打到ab板上,则所有粒子均能打到板上.其临界情况就是此粒子轨迹恰好与ab板相切.
由分析可知此时磁场宽度为原来的$\frac{1}{3}$,
则:ab板至少向下移动 $△y=\frac{2}{3}d$
沿x轴正方向射出的粒子打在ab板的位置粒子打在ab板区域的右边界
由几何知识可知:ab板上被粒子打中区域的长度:$L=2x+r=\frac{{4\sqrt{3}}}{3}d+\frac{2}{3}d$
答:(1)α粒子通过电场和磁场边界mn时的速度大小为2v0;此时距y轴的最大距离$\frac{2\sqrt{3}d}{3}$;
(2)磁感应强度B的大小为$\frac{3m{v}_{0}}{qd}$
(3)将ab板至少向下平移$\frac{2d}{3}$才能使所有的粒子均能打到板上;此时ab板上被α粒子打中的区域的长度为$\frac{4\sqrt{3}}{3}d$+$\frac{2d}{3}$.
点评 本题考查了带电粒子在电场和磁场中的运动,关键确定粒子运动的临界情况,通过几何关系解决,对学生数学几何能力要求较高.
| A. | 追上前甲乙两车距离一直在减少 | |
| B. | 追上前甲乙两车距离先逐渐增大,后来逐渐减少 | |
| C. | 甲车追上乙车所用时间为8s | |
| D. | 甲车追上乙车所用时间为7s |
| A. | 副线圈两端电压的变化频率为0.5Hz | |
| B. | 电流表的示数表示的是电流的瞬时值 | |
| C. | 滑动片P向下移时,电流表A1和A2示数均增大 | |
| D. | 为保证电容器C不被击穿,原副线圈匝数比应小于10:1 |
| A. | $\sqrt{2}$:1 | B. | 2:1 | C. | 3:1 | D. | 4:1 |
| A. | 晶体和非晶体都有确定的熔点 | |
| B. | 浸润和不浸润现象都是分子力作用的表现 | |
| C. | 影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气的绝对湿度 | |
| D. | 液晶是一种特殊物质,它既具有液体的流动性,又像某些晶体那样有光学各向同性 |