如图,板长为l、间距为d的平行金属板水平放置,两板间所加电压大小为U,在极板的右侧相距为a处有与板垂直的足够大光屏PQ,一带正电的粒子以初速度v0从两板正中间平行两板射入

◎ 题目

如图,板长为l、间距为d的平行金属板水平放置,两板间所加电压大小为U,在极板的右侧相距为a处有与板垂直的足够大光屏PQ,一带正电的粒子以初速度v0从两板正中间平行两板射入,从两板间射出时速度的偏转角为37°,不计粒子受到的重力.(cos37°=0.8,sin37°=0.6)

魔方格

(1)求粒子的比荷q/m;
(2)若在两板右侧MN和光屏PQ间加如图所示的磁场,要使粒子不打在光屏上,求磁感应强度B大小的取值范围;
(3)若在两板右侧MN和光屏PQ间加垂直纸面向外、大小为E0的匀强电场,设初速度方向所在直线与光屏交点为O点,取O点为坐标原点,水平向右为x正方向,垂直纸面向外为z轴的正方向,建立如图所示的坐标系,求粒子打在光屏上的坐标(x,y,z).

◎ 答案

(1)由题意知,粒子在电场中偏转时做类平抛运动,设粒子从两版间射出时,速度的水平分量为vx,竖直分量为vy则由题意有:
vx=v0
vy=at=
qU
md
×
l
v0
=
qUl
mdv0

又因为粒子从电场射出时速度的偏转角为37° 则有:tan370=
vy
v0
=
qUl
md
v20

解之得:
q
m
=
3d
v20
4Ul

(2)由题意得,粒子进入磁场的速度vcos37°=v0v=
5
4
v0

设粒子刚好打在光屏时,磁感应强度为B,

魔方格

如图,由几何知识有:Rsin37°+R=a 得:R=
a
1+sin37°

粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力有:Bqv=
mv2
R

  得:B=
mv
qR
=
1
q
m
×
5
4
v0
a
1+sin37°
=
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