试题分析:(1)当磁场B和电场E同时存在时,两种粒子都受力平衡,都满足
Eq=Bqv
所以两种粒子速度相同都为v=
①(2分)
当仅存在磁场时,带电粒子做匀速圆周运动,洛仑兹力充当向心力,两种粒子都满足
得
②(2分)
当磁场强度为B时,
P粒子的轨道半径r
1=l,Q粒子轨道半径为r
2=
③
由②可知当磁场为B
1减半时,两粒子做圆周运动的半径都加倍,此时 r
1′=2l,r
2′=
此时P粒子将打在M屏上,由几何关系可求出落点横坐标
所以P粒子亮点位置(
,l ) (1分)
而Q粒子仍打在N屏上,易得亮点位置(l,0) (1分)
(2)由上问①②③式,可得两粒子的荷质比及其与E、B的关系,对P、Q分别有
④
⑤(1分)
当仅存在电场时,P粒子将向右偏,y方向分运动为匀速直线运动
vt=l ⑥(1分)
x方向分运动为受电场力下的匀加速直线运动,有
⑦
⑧(1分)
结合④⑥⑦可得
⑨(1分)
由①④⑨可得
x
1=
同理可以求得Q粒子在-x方向的偏转位移为
x
2=2l
故P、Q两粒子打在屏上的位置坐标分别为(
,l)、(-2l,l)。 (2分)
(3)由②和③可以得出结论,不论磁场为多少,P、Q两粒子的轨道半径R
1:R
2=4:1不变。因为两粒子速度大小相等,所以要想两粒子运动时间相等,即运动弧长相等,两粒子运动的圆弧圆心角之比必须为θ
1:θ
2=1:4。
如图粒子打在M屏上时,其运动轨迹圆弧圆心角θ(锐角)与半径R满足l=Rsinθ,不可能满足R
1:R
2=4:1和θ
1:θ
2=1:4。所以两粒子都打在M屏上不可能满足要求。 (2分)
两粒子都打在N屏上,圆心角都为π也不能满足要求。 (2分)
所以结果必然为P粒子打在M屏而Q粒子打在N屏,所以θ
2=π,而θ
1=
。
由几何关系易得此时R
1=
l,结合②③可求得此时
B
2=
,k=
(2分)