Question

如图所示，一带电微粒质量为m=2.0×10^-11kg、电荷量为q=+1.0×10^-5C，从静止开始经电压为U₁=100V的电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，偏转电压为U₂=100V，接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6cm的匀强磁场区域．已知偏转电场中金属板长L=20cm，两板间距d=17.3cm，带电微粒的重力略不计．求：
（l）带电微粒进入偏转电场时的速率v₁；
（2）带电微粒射出偏转电场时的速度偏转角θ；
（3）为使带电微粒不会从磁场右边界射出，该匀强磁场的磁应强度的最小值B．

Answer

（1）加速电场对带电微粒做的功等于微粒动能的变化；
（2）在偏转电场中微粒做类平抛运动，根据运动的合成与分解求解偏转角；
（3）作出圆周运动不出磁场的临界轨迹，根据几何关系求出此时半径大小，再根据洛伦兹力提供向心力求解即可．
解（1）带电微粒经加速电场加速后速度为v1，
根据动能定理

∴
（2）带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，做类平抛运动．
在水平方向：L=v1t…①
带电微粒在竖直方向做匀加速直线运动，加速度为a，出电场时竖直方向速度为v2，
竖直方向：=…②
v2=at…③
由①②③得
又因为：=
代入
∴=
即：θ=30°
（3）带电微粒进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，
设微粒轨道半径为R，
由几何关系知：R+Rsinθ=D

设微粒进入磁场时的速度为v′
则
由牛顿运动定律及运动学规律

B=0.1T
若带电粒子不射出磁场，磁感应强度B至少为0.1T．
答：（l）带电微粒进入偏转电场时的速率；
（2）带电微粒射出偏转电场时的速度偏转角θ=30°；
（3）为使带电微粒不会从磁场右边界射出，该匀强磁场的磁应强度的最小值B=0.1T．