(1)设经过加速电场加速后,粒子的速度为v
0,根据动能定理有
,解得
.由于t=0时刻偏转电场的场强为零,所以此时射入偏转电场的粒子将匀速穿过电场而以v
0的速度垂直磁场边界进入磁场中,在磁场中的运动轨迹为半圆。
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
解得
所以粒子在磁场边界上的入射点和出射点间的距离d=2r=0.40m
(2)设粒子以最大偏转量离开偏转电场,即轨迹经过金属板右侧边缘处,进入磁场时a、b板的电压为U
m,则粒子进入偏转电场后,加速度
水平方向 L=v
0t
竖直方向
解得
所以,电压U
m=25V时对应粒子进入磁场的速度最大,设最大速度大小为v
m,方向与OO′的夹角为
,则对于粒子通过加速电场和偏转电场的过程,根据动能定理有:
解得
,即?
(或
,即
)
(说明:计算结果带有根号,结果正确的同样得分)
(3)设任意时刻进入磁场的粒子,其进入磁场时速度方向与OO′的夹角为
,则其速度大小
粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径
由如图所示的几何关系可知,粒子在磁场边界上的入射点和出射点间的距离
所以要增大粒子在磁场边界上的入射点和出射点间的距离x,应该减小匀强磁场的磁感应强度B,或增大加速电压U
0