如图所示,平行板电容器板长为L,极板间距为2L,上板带正电,忽略极板外的电场.O、O′是电容器的左右两侧边界上的点,两点连线平行于极板,且到上极板的距离为L/2.在电容器右

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 牛顿第二定律/2022-10-29 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示,平行板电容器板长为L,极板间距为2L,上板带正电,忽略极板外的电场. O、O′是电容器的左右两侧边界上的点,两点连线平行于极板,且到上极板的距离为L/2. 在电容器右侧存在一个等腰直角三角形区域ABC,∠C=90°,底边BC与电容器的下极板共线,B点与下极板右边缘重合,顶点A与上极板等高. 在电容器和三角形区域内宥垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小分别为B1=B、B2=2B.一带正电的粒子以初速度v0从O点沿着00′方向射入电容器,粒子的重力和空气阻力均不计.
(1)若粒子沿 00′做直线运动,进人三角形区域后,恰从顶点 A飞出,求两极板间的电压U和带电粒子的比荷
q
m

(2)若撤去电容器中磁场的同时,把三角形区域内的磁场方向变为垂直于纸面向外,但磁感应强度大小不变.此后,同一带电粒子仍以相同的初速度v0 从0点沿着 00′方向射入电容器,求粒子从三角形区域飞出时距离飞出边某一顶点的距离.
魔方格

◎ 答案

(1)粒子在电容器中受力平衡,故:
U
2L
q=Bqv0

由于三角形区域ABC为等腰直角三角形,故粒子进入磁场B2到从A射出的轨迹为
1
4
圆周,故半径:
R1=
L
2

洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:
2Bqv0=
mv20
R1

由以上得,
q
m
=
v0
BL

(2)粒子在电容器中做类平抛运动,设飞出电场时侧向位移为y,速度方向偏转角为θ,则有:
y=
1
2
×
Uq
2Lm
×(
L
v0
)
2

tanθ=
y
L
2
=
2y
L

解①④⑤⑥得:y=
L
2
,θ=45°⑦
速度大小为:v=

2
v0
粒子射出电场后进入磁场前做匀速直线运动,故将垂直于AB边进入磁场,且做顺时针偏转,设半径为R2,则有:
2Bqv=
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