解题思路:(1)当粒子从极板的右边缘射出时,粒子的速度最大,根据粒子在匀强电场中的偏转,通过偏转位移求出偏转的电压,再通过动能定理求出粒子射出电场时的最大速度.
(2)当带电粒子在磁场中运动的圆心角最大,运动的时间最长,圆心角最小,时间最短.类平抛运动竖直方向上的分速度越大,粒子射出电场速度方向与MN间夹角越小,圆心角越大,根据几何关系求出最大圆心角和最小圆心角,即可求出粒子在磁场中运动的最长时间和最短时间.
(1)偏转电压由0到200V的变化中,粒子流可能都能射出电场,也可能只有部分粒子能射出电场.
设偏转的电压为U0时,粒子刚好能经过极板的右边缘射出.[d/2]=[1/2]at2,
粒子的加速度:a=[F/m]=
qU1
md
粒子在偏转电场中的时间:t=[L/v]
联立以上三式解得:
得U1=100V.
知偏转电压为100V时,粒子恰好能射出电场,且速度最大.
根据动能定理得,[1/2]mv12=[1/2]mv02+q•
U1
2,
代入数据解得:v1=1.41×105m/s;.
方向:斜向右上方或斜向右下方,与初速度方向成45°夹角.
(2)由(1)中结论可知,若粒子射出磁场的竖直分速度越大,则θ越小,故θ最小值为θm=45°,
此情景下圆弧对应的圆心角为270°,入射粒子在磁场中运行最长时间为:tmax=[3/4]T=[3πm/2qB]=3π×10-6s,
当粒子从上板边缘飞出电场在进入磁场时,在磁场中运动的时间最短:tmin=[1/4]T=[πm/2qB]=π×10-6s;
答:(1)带电粒子射出电场时的最大速度为1.41×105m/s.
(2)粒子在磁场中运动的最长时间为3π×10-6s和最短时间为π×10-6s.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题考查了带电粒子在电场中的偏转和在磁场中做匀速圆周运动,关键掌握处理类平抛运动的方法,掌握粒子在磁场中运动的轨道半径公式和周期公式,以及运动时间与圆心角的关系.