如图所示,MN、PQ是平行金属板,板长为L,两板间距离为d,PQ带正电,MN板带负电,在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场.一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板

◎ 题目

如图所示,MN、PQ是平行金属板,板长为L,两板间距离为d,PQ带正电,MN板带负电,在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场.一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间,结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场,然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场.不计粒子重力.试求:
(1)两金属板间所加电压U的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(3)在图中正确画出粒子再次进入电场中的运动轨迹,并标出粒子再次从电场中飞出的速度方向.
魔方格

◎ 答案

(1)设带电粒子在平行金属板匀强电场中运动的时间为t,
由类平抛运动可知:
L=v0t…①
d=
1
2
at2
…②
a=
Eq
m
…③
E=
U
d
…④
联立求解①~④式解得:U=
2m
v20
d2
qL2
…⑤
本题也可以由动能定理和运动的合成、分解的方法,联立求解得出正确的结果.
设带电粒子第一次飞出电场时的速度为v
即由动能定理qU=
1
2
mv2-
1
2
m
v20

v2=v02+vy2
vy=at
①③④联立可得
U=
2m
v20
d2
qL2

(2)带电粒子以速度v飞出电场后射入匀强磁场做匀速圆周运动,
qvB=m
v2
R
…⑥
sinθ=
L
2R
…⑦
sinθ=
vy
v
…⑧
vy=at…⑨
联立求解①③④⑤⑥⑦⑧⑨可得
B=
4mv0d
qL2
…⑩
或由下列常规方法求
vy=at…(1)
tanθ=
vy
v0
…(2)
cosθ=
v0
v
…(3)
sinθ=
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