解题思路:(1)带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识即可求解;
(2)先求出粒子从电场中飞出时的侧向位移,根据侧向位移表达式求平行板间的电势差;
(3)设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,根据速度关系求出夹角,画出轨迹,由几何知识可得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径,根据半径公式即可求解磁场强度.
(1)令带电粒子射出电场时偏离中心线RO的距离为y,穿越MN是偏离中心线RO的距离为Y=12cm,由于带电粒子离开电场后将做匀速直线运动,由相似三角形知识可得:
[y/Y=
l
2
l
2+L]
可得带电粒子射出电场时偏离中心线RO的距离y=
l
2
l
2+LY=
8
2
8
2+12×12cm=3cm
粒子在偏转电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动有:
l=v0t
所以粒子运动时间t=
l
v0=
8×10−2
2×106s=4×10−8s
粒子在竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动有:
y=
1
2at2
得粒子的加速度a=
2y
t2
所以粒子离开电场时竖直方向的速度
vy=at=
2y
t2t=
2y
t=
2×3×10−2
4×10−8m/s=1.5×106m/s
所以粒子射出电场时的速度大小
v=
v20+
v2y=
(2×106)2+(1.5×106)2m/s=2.5×106m/s
(2)粒子在偏转电场中的加速度a则
a=
qE
m=
q
U
d
m
所以偏转电场的电势差U=[mad/q]=
m
2y
t2d
q=
10−20×
2×3×10−2
(4×10−8)2×8×10−2
10−10V=300V
(3)(3)设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ,则:
tanθ=
vy
v0=
1.5×106
2×106=
3
4
所以θ=37°
轨迹如图所示
由几何知识可得粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径:R=
L
2
sinθ=
12×10−2
2
0.6=0.1m
由:qvB=m
v2
R
代入数据,解得:B=
mv
qR=
10−20×2.5×106
10−10×0.1T=2.5×10−3T
答:(1)粒子射出电场时,偏离中心线RO的距离为3cm及射出电场时的速度大小为2.5×106m/s;
(2)两板间的电势差U=300V;
(3)匀强磁场的磁感应强度大小为2.5×10-3T.
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: 本题应注意粒子的运动过程,粒子先做类平抛运动,再做匀速直线运动,最后应做圆周运动,其中最后速率保持不变是本题中的关键,也是出题人设置的一个陷阱;要求学生应认真审题,彻底明白题意才能正确求解.同时还应注意题目中的几何关系的掌握.