如图所示,两块平行板电极的长度为L,两板间距离远小于L,可忽略不计.两板的正中央各有一个小孔M、N,两孔连线与板垂直.现将两极板分别接在可调直流电压U的两端,极板处在一

◎ 题目

如图所示,两块平行板电极的长度为L,两板间距离远小于L,可忽略不计.两板的正中央各有一个小孔M、N,两孔连线与板垂直.现将两极板分别接在可调直流电压U的两端,极板处在一有界匀强磁场(板内无磁场),磁感应强度为B,磁场的两条边界CD、DE的夹角θ=60°.极板延长线与边界DE交于Q点,极板最右端P与Q间距离为2.5L.现将比荷均为
q
m
的各种粒子分别从M孔射入电场,不考虑粒子的重力.
(1)若U=U0时,要使带负电的粒子能够从N孔射出,则射入时的初速度v0至少为多少?
(2)将带正电的粒子从M无初速释放,
①若粒子恰好打到下极板右端,求所加直流电压的值U1
②若U=
2qB2L2
9m
,则该粒子经过多少次电场的加速后可以离开磁场区域?

◎ 答案

(1)要使带负电的粒子能从N孔射出,则:
1
2
m
v20
≥qU0

解得:
v0

2qU0
m

即v0至少为

2qU0
m

(2)①若粒子刚好打到下板的右端,则由几何关系得:
2R=
1
2
L

R=
1
4
L

qvB=
mv2
R
,得:
v=
BqR
m
=
BqL
4m

1
2
mv2=qU1

解得:
U1=
qB2L2
32m

②假设粒子经过n次电场加速后的速度为vn,此时粒子轨迹恰好能与ED边界相切,如图,轨迹半径为Rn
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