如图,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧光
◎ 题目
如图,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为L且足够长,M、N为涂有荧光物质的竖直板.现有一束质子从A处连续不断地射入磁场,入射方向与M板成60°夹角且与纸面平行,质子束由两部分组成,一部分为速度大小为v的低速质子,另一部分为速度大小为3v的高速质子,当I区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢改变磁场强弱,直至亮斑相继消失为止,此时观察到N板有两个亮斑.已知质子质量为m,电量为e,不计质子重力和相互作用力,求: (1)此时I区的磁感应强度; (2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间; (3)N板两个亮斑之间的距离. |
◎ 答案
(1)此时低速质子速度恰好与两场交界相切且与电场方向垂直,在磁场中运动半径为R1 evB=m
R1+R1cos60°=L ② 由①②得 B=
(2)低速质子在磁场中运动时间 t=
由②④得 t=
(3)高速质子轨道半径 R2=3R1 ⑥ 由几何关系知此时沿电场线方向进入电场,到达N板时与A点竖直高度差 h1=R2(1-sin60°) ⑦ 低速质子在磁场中偏转距离 h2=R1sin60° ⑧ 在电场中偏转距离 h3=vt′⑨ 在电场中时间 t′,L=
eE=ma (11) 由②⑥⑦⑧⑨⑩(11)得 亮斑PQ间距 h=h1+h2+h3=(2-
答:(1)此时I区的磁感应强度
(2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间
(3)N板两个亮斑之间的距离(2- |