解题思路:(1)根据牛顿第二定律,结合洛伦兹力提供向心力,即可求解;
(2)根据类平抛运动的处理方法,结合运动学公式,从而确定电压,进而得出运动的时间,即可求解;
(3)当粒子向下偏转,出射后恰好与磁场右边界相切时,粒子在磁场中的圆心角最大,时间最长.根据牛顿第二定律,结合几何关系,及运动学公式,即可求解.
(1)t=0时刻电压为零,粒子匀速通过极板
由牛顿第二定律Bqv0=
m
v20
r
得:r=
mv0
Bq=0.2m<D
所以出射点到入射点的距离为S=2r=0.4m;
(2)考虑临界情况:粒子刚好不能射出电场
对类平抛过程:y=[1/2]at2=[d/2],
a=
U0q
dm,
l=v0t
联立解得U0=
d2m
v20
ql2=400V
当|uAB|<U0时,粒子可以射出电场
第一个周期内能够出射的粒子数为n=[400/500]×1000×T=3200个;
(3)当粒子向下偏转,出射后恰好与磁场右边界相切时,粒子在磁场中的圆心角最大,时间最长.
设粒子在电场中的偏转角为θ:则
vy
v0=tanθ,
v=
v20+
v2y
磁场中圆周运动:Bqv=
mv2
r
几何关系:r+rsinθ=D:
联立得:[qBD
mv0=(1+sinθ)
1+tan2θ=
1+sinθ/cosθ]
代入数据解得:sinθ=0.6
即θ=37°
又因为vy=[Uq/dm]•t=v0tan37°,
l=v0t
解得:U=300V
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.
考点点评: 考查粒子在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动,掌握运动处理的规律,理解这两种处理的方法,注意几何关系的正确运用,同时会画出运动的轨迹.