试题分析:(1)设带电粒子从PQ左边缘进入电场的速度为v,由MN板右边缘飞出的时间为t,带电粒子在电场中运动的加速度为a,则
则
解得 v=2.0×10
4m/s
(2)粒子进入电场时,速度方向改变了解90
°,可见粒子在磁场中转了四分之一圆周。设圆形匀强磁场区域的最小半径为r,粒子运动的轨道半径为R,则 qvB=
m
由图中几何关系可知
r=
=0.036m
圆形磁场区域的最小半径r="0.036m"
(3)带电粒子以v=2.0×10
4m/s进入两金属板间,穿过电场需要的时间为
t=l/v=1.0×10
-5s,正好是交变电压的半个周期。
在两极板上加上如图所示的交变电压后,设带电粒子的加速度为a?,则
m/s
2时刻进入电场的粒子穿过电场时的偏转量为:
>d=10cm,粒子将打在MN板上。
同理,t=2.0、4.0、 6.0……2.0n(n=0、1、2、3……)时刻进入电场的粒子都将打在MN板上。
设带电粒子在t
1时刻进入两极板间,恰好从MN板右边缘飞出,带电粒子进入电场后向下加速的时间为Dt
1,则减速阶段的时间也是Dt
1,如图18题答案图2所示,由对称性可知
,Dt
1=0.50×10
-5s
所以 t
1=t-
="(1.0-0.5)" ×10
-5s=0.5×10
-5s
设带电粒子在t
2时刻进入两极板间,恰好从PQ板右边缘飞出。它在竖直方向的运动是先加速向下,经过Dt
2时间后电场反向,粒子在竖直方向运动改为减速向下,又经过时间Dt
2,竖直分速度减为零,然后加速向上直到从Q点飞出电场。粒子这一运动过程的轨迹示意图如图18题答案图3所示,带电粒子进入电场后向下加速的时间为Dt
2,
y
1=
Dt
2=(1-
×10
?5s
t
2= t-Dt
2=[1.0-(1-
]×10
-5s=
×10
-5s=0.70×10
-5s
考虑到交变电流的周期性,带电粒子不碰到极板而能够飞出两板间的时刻t为
(0.5+2n)×10
-5s <t<(0.70+2n) ×10
-5s(n=0,1,2,3…)