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如图甲所示,真空中两水平放置的平行金属板C、D,上面分别开有正对的小孔O1、O2...

如图甲所示,真空中两水平放置的平行金属板C、D,上面分别开有正对的小孔O1、O2,金属板C、D接在正弦交流电源上,两板C、D间的电压Ucd随时间t变化的图象如图乙所示,t=0时刻开始,从小孔O1处不断飘入质量 m=3.2×10-25kg、电荷量q=1.6×10-19 c的带正电的粒子(设飘入速度很小,可视为零),在D板外侧有以MN为边界的匀强磁场,与金属板相距d=10cm,匀强磁场的磁感应强度大小B=0.1T,方向如图甲所示,粒子的重力及粒子之间的相互作用力不计.平行金属板C、D之间的距离足够小,粒子在两板间的运动时间可以忽略不计,求:
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(1)带电粒子经小孔O2进入磁场后能飞出磁场边界的最小速度为多大?
(2)从0到0.04末的时间内,哪些时刻飘入小孔O1的粒子能穿过电场并飞出磁场边界?
(3)磁场边界有粒子射出的长度范围.(保留一位有效数字)
(1)粒子在两板间的运动时间可忽略不计,可认为粒子通过电场的过程中认为板间电压不变.粒子在磁场做匀速圆周运动,轨迹与边界MN相切时,粒子恰好飞出MN,对应的速度最小.根据牛顿第二定律可求出最小速度. (2)根据粒子能飞出磁场的最小速度,对粒子在电场中加速过程运用动能定理求出电压,分析电压图象,确定时间范围. (3)当加速电压最大时,粒子在电场中获得的速度最大,进入磁场中圆周运动的半径最大,根据牛顿第二定律求出轨迹半径,由几何知识得到粒子飞出磁场相对小孔向左偏移的最小距离,即可得到磁场边界有粒子射出的长度范围. 【解析】 (1)设带电粒子进入磁场后能飞出磁场边界的最小速度为V. 粒子在磁场做匀速圆周运动,轨迹与边界MN相切时,粒子恰好飞出MN,对应的速度最小.由几何知识得到此时轨迹半径为R=d 根据牛顿第二定律得:qVB= ∴V=5×103 m/s (2)设恰能飞出磁场边界MN的粒子在电场中运动时板D、C间对应电压为U,对于电场加速过程,根据动能定理得:   qU=mv2 得 U=25 V 由图象可知,25 V电压对应的时刻分别为秒和秒,故粒子能飞出磁场边界的时间为:秒-秒. (3)设粒子的最大速度vm 则  qνm=mvm2 又qνmB=m 粒子飞出磁场相对小孔向左偏移的最小距离为x   x=Rm-=0.04m ∴磁场边界有粒子射出的长度范围为△x=d-x=0.06m 答: (1)带电粒子经小孔O2进入磁场后能飞出磁场边界的最小速度为5×103 m/s. (2)从0到0.04末的时间内,秒-秒时刻飘入小孔O1的粒子能穿过电场并飞出磁场边界. (3)磁场边界有粒子射出的长度范围为0.06m.
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A2(量程0.6A,内阻约0.3Ω);
电压表:V1(量程5V,内阻约5kΩ);
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滑动变阻器:R1(阻值范围0~10Ω);
R2(阻值范围0~2kΩ);
电源:E1(电动势为1.5V,内阻约为0.2Ω);
E2(电动势为4V,内阻约为0.04Ω)为了调节方便,测量准确,实验中应选用电流表______,电压表______,滑动变阻器______,电源______(填器材的符号)
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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