如图(a)所示,在真空中,半径为b的虚线所围的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向与纸面垂直.在磁场右侧有一对平行金属板M和N,两板间距离也为b,板长为2b,两板的中心线O1O2与

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◎ 题目

如图(a)所示,在真空中,半径为b的虚线所围的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向与纸面垂直.在磁场右侧有一对平行金属板M和N,两板间距离也为b,板长为2b,两板的中心线O1O2与磁场区域的圆心O在同一直线上,两板左端与O1也在同一直线上.有一电荷量为+q、质量为m的带电粒子,以速率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O的方向进入磁场,当从圆周上的O1点飞出磁场时,给M、N板加上如图(b)所示电压u.最后粒子刚好以平行于N板的速度,从N板的边缘飞出.不计平行金属板两端的边缘效应及粒子所受的重力.
(1)求磁场的磁感应强度B;
(2)求交变电压的周期T和电压U0的值;
(3)若t=
T
2
时,将该粒子从MN板右侧沿板的中心线O2O1,仍以速率v0射入M、N之间,求粒子从磁场中射出的点到P点的距离.

魔方格

◎ 答案


(1)粒子自P点进入磁场向右偏转,从O1点水平飞出磁场,运动的半径必为b,如图一所示:洛伦兹力提供向心力,有:
魔方格

qv0B=
m
v20
b

解得:B=
mv0
bq

由左手定则可知,磁场方向垂直纸面向外.
(2)粒子自O1点进入电场,做变加速曲线运动,最后恰好从N板的边缘平行飞出(如图二所示),设运动时间为t,则水平方向上有:
魔方格

2b=v0
在竖直方向上有:
b
2
=2n?
1
2
?
qU0
mb
(
T
2
)2

t=nT(n=1,2,…) 
解得  T=
2b
nv0
(n=1,2,…) 
U0=
nm
v20
2q
(n=1,2,…) 
(3)当t=
T
2
粒子以速度v0沿O2O1射入电场时,则该粒子恰好从M板边缘以平行于极板的速度射入磁场(如图三所示),且进入磁场的速度仍为v0,运动的轨道半径仍为b.
魔方格

设进入磁场的点为Q,离开磁场的点为R,圆心为O3,如图所示,四边形OQ O3R是菱形,故O RQO3. 
所以P、O、R三点共线,即POR为圆的直径.即PR间的距离为2b.
答:(1)求磁场的磁感应强度为B=
mv0
bq
,方向垂直纸面向外.
(2)交变电压的周期T为T=
2b
nv0
(n=1,2,…)
电压U0U0=
nm闂傚倷鑳堕崕鐢稿礈濠靛牊鏆滈柟鐑橆殔缁犵娀骞栨潏鍓ф偧闁告宀搁弻銈夊传閵夛附姣勯梺鑽ゅ枎缂嶅﹪寮诲☉鈶┾偓锕傚箣濠靛洨浜梻浣虹帛鐢顪冩禒瀣祦闁哄稁鍋€閸嬫挸鈽夊▍杈ㄧ矋缁傛帡鏁傞崜褏锛滃┑掳鍊愰崑鎾绘煙閾忣個顏堟偩閻戣姤鏅搁柣妯诲絻瀹撳棗鈹戦鐭亜鐣烽鍕嚑闁绘ḿ绮埛鎴︽偣閸ワ絺鍋撳畷鍥︾礄闂備胶鎳撻崵鏍箯閿燂拷 婵犵數濮甸鏍闯椤栨粌绶ら柣锝呮湰瀹曟煡鏌熼悧鍫熺凡濡楀懏绻濋姀锝嗙【妞ゆ垶鍨瑰Σ鎰版晲婢跺鍘遍梺鏂ユ櫅閸犳艾鈻撻弮鍌滅<闁圭粯甯楅崑銉╂煛鐏炲墽娲存鐐村笒閳规垿宕遍弴鐐寸€抽梻鍌欐祰濡椼劎绮堟笟鈧弫鍐Ψ閵夛紕绱版繝鐢靛У閼归箖鎮欐繝鍌ゆ富閻庯綆浜濋幑锝嗐亜閿旇娅嶆慨濠冩そ瀹曘劍绻濇惔銏㈡殾婵犵數鍋涘鍫曟偋閺囥垺鍋╅柣鎴eГ閸嬪嫮绱掔€n偒鍎ラ柛銈冨€曢埞鎴﹀煡閸℃浠村銈嗘肠閸パ咁槷闂佸搫娲ㄦ导婵嬫偡閹靛啿鐗氶柟鑲╄ˉ閳ь剝灏欓弳妤冪磽閸屾瑧鍔嶆い銊ユ嚇钘濋梻鍫熺〒閺嗭箓鏌熸潏楣冩闁哄懏鎮傞弻銊╂偆閸屾稑顏�
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