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如图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，第一、四象限有磁场，方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接
网友投稿  2023-04-06 00:00:00  互联网

◎ 题目

如图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，第一、四象限有磁场，方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接连发射质量为m、电荷量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子，在0-3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极板边缘的影响）。已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场，上述m、q、l、t0、B为已知量。（不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况）
（1）求电压U0的大小；
（2）求1/2t0时刻进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径；
（3）何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间。

◎ 答案

解：（1）t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动，t0时刻刚好从极板边缘射出，在y轴负方向偏移的距离为1/2l，则有
  ①
Eq=ma  ②
  ③
联立以上三式，解得两极板间偏转电压为  ④
（2）1/2t0时刻进入两极板的带电粒子，前1/2t0时间在电场中偏转，后1/2t0时间两极板没有电场，带电粒子做匀速直线运动
带电粒子沿x轴方向的分速度大小为  ⑤
带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为  ⑥
带电粒子离开电场时的速度大小为  ⑦
设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为R，则有  ⑧
联立③④⑤⑧⑦⑧式解得  ⑨
（3）2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短，带电粒子离开磁场时沿y轴正方向的分速度为vy'=at0 ⑩
设带电粒子离开电场时速度方向与y轴正方向的夹角为α，则 
联立③⑤⑩式解得α=π/4
带电粒子在磁场运动的轨迹图如图所示，圆弧所对的圆心角为2α=π/2
所求最短时间为tmin=1/4T
带电粒子在磁场中运动的周期为T=
联立以上两式解得
 

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析，试题“如图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，第一、四象限有磁场，方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接…”主要考查了你对  【带电粒子在电场中的偏转】，【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。



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