Question

如图所示，一带电微粒质量为m=2.0×10^﹣11kg、电荷量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，微粒射出电场时的偏转角θ=30°，并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，重力忽略不计．求：

（1）带电微粒进入偏转电场时的速率v₁；

（2）偏转电场中两金属板间的电压U₂；

（3）为使带电微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多少．

Answer

(1)1.0×104m/s (2)66.7 V (3)0.1 T

【解析】

（1）粒子在加速电场中，电场力做功，由动能定理求出速度v1．
（2）粒子进入偏转电场后，做类平抛运动，运用运动的合成与分解求出电压．
（3）粒子进入磁场后，做匀速圆周运动，结合条件，画出轨迹，由几何知识求半径，再求B．

（1）带电微粒经加速电场加速后速度为v，根据动能定理：qU1＝mv12
解得：v1＝=1.0×104m/s
（2）带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，做类平抛运动．在水平方向微粒做匀速直线运动水平方向：
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：
v2＝at＝
由几何关系：
U2＝tanθ
代入数据得：U2=100V
（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+＝D
得：R＝
设微粒进入磁场时的速度为v′：v′＝
由牛顿运动定律及运动学规律：qv′B＝
得：
代入数据数据解得B=0.1T
若带电粒子不射出磁场，磁感应强度B至少为0.1T．