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如图甲所示的坐标系Oxy,一、四象限内有磁感应强度为B、方向垂直于Oxy平面向里...

如图甲所示的坐标系Oxy,一、四象限内有磁感应强度为B、方向垂直于Oxy平面向里的匀强磁场,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板右端位于y轴上,极板长度和板间距均为l,P,Q极板间加如图乙所示的电压.位于极板在左侧的粒子源沿x轴向右连续发射速度相同、重力不计的带正电粒子,已知t=tp时刻(UPQ=UO)发出的粒子恰好在2tO时刻经极板边缘飞出电场,不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况,不考虑极板边缘的影响,上述B、l、UO、tO均为已知量.
(1)求粒子的比荷q/m;
(2)若t=0时刻从粒子源发出的粒子在进入磁场后到达y轴上的M点,求M点的坐标;
(3)若t时刻(0<t<tO)从粒子源发出的粒子在进入磁场后到达y轴上的N点,设N点与第(2)问中M点之间的距离为D,试求D与t的函数关系.
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(1)t=t时刻进入两极板的带电粒子在电场中做类平抛运动.由题知道x方向位移为l,y方向位移为 运用运动的分解,根据牛顿第二定律和运动学公式求解粒子的比荷q/m. (2)若t=0时刻发出的粒子在电场中做匀速直线运动,进入磁场后做匀速圆周运动,根据洛伦兹力提供向心力求出半径,即可求出M点坐标. (3)t时刻发出的粒子,在电场中运动的总时间为t,粒子先做匀速运动,速度为v,运动时间为(t-t),再做类平抛运动,后在磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹,根据几何关系即可求解. 【解析】 (1))t=t时刻进入两极板的带电粒子在电场中做类平抛运动,运动时间为t,则 竖直方向:    ①       ② ①②联立解得:    ③ (2)t=0时刻发出的粒子在电场中做匀速直线运动,速度大小为   ④ 进入磁场后做匀速圆周运动,设半径为R1 根据洛伦兹力提供向心力得:  ⑤, ③④⑤联立得:,⑥ 故M点的坐标为(0,) (3)t时刻发出的粒子,在电场中运动的总时间为t,粒子先做匀速运动,速度为v,运动时间为(t-t),再做类平抛运动,运动时间为t.设粒子离开电场时的偏转位移为y,偏转角度为θ,进入磁场时的速度为v,在磁场中的轨迹半径为R2.如图所示, 根据几何关系有:D+2R2cosθ=2R1+y   ⑦       ⑧     ⑨ ⑦⑧⑨联立得:D=y       ⑩ 又且有①式得:   (11) ⑩(11)联立得: 答:(1)粒子的比荷; (2)M点的坐标(0,); (3)D与t的函数关系.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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