如图所示,大量质量为m、电荷量为+q的粒子,从静止开始经极板A、B间加速后,沿中心线方向陆续进入平行极板C、D间的偏转电场,飞出偏转电场后进入右侧的有界匀强磁场,最后从

◎ 题目

如图所示,大量质量为m、电荷量为+q的粒子,从静止开始经极板A、B间加速后,沿中心线方向陆续进入平行极板C、D间的偏转电场,飞出偏转电场后进入右侧的有界匀强磁场,最后从磁场左边界飞出.已知A、B间电压为U0;极板C、D长为L,间距为d;磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场的左边界与C、D右端相距L,且与中心线垂直.假设所有粒子都能飞出偏转电场,并进入右侧匀强磁场,不计粒子的重力及相互间的作用.则:
(1)求粒子在偏转电场中运动的时间t;
(2)求能使所有粒子均能进入匀强磁场区域的偏转电压的最大值U;
(3)接第(2)问,当偏转电压为
U
2
时,求粒子进出磁场位置之间的距离.

◎ 答案

(1)粒子在AB间加速,有:
qU0=
1
2
m
v20
-0

又粒子在偏转电场中,水平方向:L=v0t,所以:
t=L

m
2qU0

(2)当粒子擦着偏转极板边缘飞出时,偏转电压最大,即为:
y=
d
2

又因有:a=
qU
md

且:y=
1
2
at2

代入第(1)问数据得:U=
2d2
L2
U0

(3)设粒子进入偏转电场时速度为v0,离开偏转电场时速度为v,速度v的偏向角为θ,在磁场中轨道半径为r,
粒子离开偏转电场时,vcosθ=v0
在匀强磁场中:qvB=
mv2
r

粒子进出磁场位置之间的距离:h=2rcosθ
解得:h=
2mv0
qB
=
2

2mqU0
qB

答:(1)粒子在偏转电场中运动的时间t为L

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