如图所示,abcd是一个长方形盒子,在ad边和cd边上各开有小孔f和e,e是cd边上的中点,荧光屏M平行cd放置,能显示从e孔射出的粒子落点位置.盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强

◎ 题目

如图所示,abcd是一个长方形盒子,在ad边和cd边上各开有小孔f和e,e是cd边上的中点,荧光屏M平行cd放置,能显示从e孔射出的粒子落点位置.盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B.粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽略.粒子经电压为U的电场加速后,从f孔垂直于ad边射入盒内,再经磁场偏转后恰好从e孔射出.若已知fd=

3
L,cd=2L,屏M与cd间的距离为

3
L,不计粒子重力和粒子之间的相互作用力.
(1)求带电粒子的比荷
q
m

(2)求带电粒子从f孔运动到屏M的时间t;
(3)若撤去磁场,盒子内加一平行于ad边的匀强电场,粒子经电场偏转后仍恰好从e孔射出,求电场强度大小.

◎ 答案

(1)带电粒子在电场中加速.根据动能定理得:
qU=
1
2
mv2
解得:
v=

2qU
m

粒子进入磁场后做匀速圆周运动,轨迹如图所示,设圆周半径为R,在三角形Ode中,有:

3
L-R)2+L2=R2
解得:R=
2

3
3
L
又qvB=m
v2
R

解得:
q
m
=
3U
2B2L2

(2)粒子运动轨迹如图所示:
在三角形Ode中,∠dOe=arcsin
L
R
=60°
则弧所对应的圆心角是120°,得弧长:
S=
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