解题思路:
(1)设加速电压为
,正离子初速度为零,经过加速电场加速,根据动能定理得
(1
分
)
正离子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:
,得
(2
分
)
加速电压较小时,离子在磁场中做匀速圆周运动的半径较小,当离子恰好打到金属板下端点
时,圆周运动的半径有最小值
,如图甲所示。
根据几何知识可以判断:
(1
分
)
解得
(2
分
)
加速电压较大时,离子在磁场中做匀速圆周运动的半径较大,当离子恰好打到金属板上端点
时,圆周运动的半径有最大值
,如图乙所示。
根据几何知识可以判断:
(1
分
)
解得
(1
分
)
解得
(2
分
)
要使进入磁场的离子能全部打在金属板上,加速电压的取值范围应为
⩽
⩽
(1
分
)
设离子在磁场中做匀速圆周运动的周期为
,根据圆周运动规律得
(2
分
)
即离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与加速电压无关。
打在金属板上的离子在图甲所示的轨迹中运动时间最短:
(1
分
)
打在金属板上的离子在图乙所示的轨迹中运动时间最长:
(1
分
)
根据几何知识:
(1
分
)
则
所以
(2
分
)
(1)要使进入磁场的离子能全部打在金属板上,加速电压的取值范围应为
≤
≤
(2)
<>