如图所示,带正电的粒子以水平速度v0从平行金属板MN间中线OO′连续射入,MN板间接有如图乙所示的随时间变化的电压uMN

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  • 解题思路:(1)由题意,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,可认为电场是恒定不变的.在t=0时刻射入电场的带电粒子时电场电压为零,不被加速,进入磁场做圆周运动的半径最小,洛伦兹力提供向心力求出带电粒子在磁场中运动的轨道半径;(2)将带电粒子的运动沿着水平方向和竖直方向正交分解,水平方向为匀速运动,竖直方向为初速度为零的匀加速运动,根据运动学公式列式求解;带电粒子从平行板边缘射出时,电场力做功最多,获得的动能最大,根据动能定理列式求解;(3)经过电场偏转后,粒子速度向上偏转或向下偏转,画出可能的轨迹图,根据洛伦兹力提供向心力得到轨道半径,通过几何关系求解.

    (1)t=0时刻射入电场的带电粒子不被加速,进入磁场做圆周运动的半径最小,

    粒子在磁场中运动时有qv0B=m

    v20

    r

    rmin=

    mv0

    qB=

    105

    5×10−3×108m=0.2m

    (2)因带电粒子通过电场时间t=[l

    v0=2×10-6s<T,所以带电粒子通过电场过程中可认为电场恒定不变.

    设两板间电压为U1时,带电粒子能从N板右边缘飞出,

    d/2]=[1/2

    U1q

    dm(

    l

    v0)2

    得 U1=

    md2

    v20

    ql2]=100V

    在电压低于或等于100V时,带电粒子才能从两板间射出电场,故U1=100V时,

    带电粒子射出电场速度最大,q

    U1

    2[1/2m

    v2m]-[1/2]mv02

    解得:vm=

    v20+

    qU1

    m=1.41×105m/s

    (3)t=0时刻进入电场中粒子,进入磁场中圆轨迹半径最小,打在荧光屏上最高点E,

    O′E=rmin=0.2m

    从N板右边缘射出粒子,进入磁场中圆轨迹半径最大,

    qvmB=m

    v2m

    rm

    解得:rm=

    mvm

    qB=

    2

    5m

    因vm=

    2v0,故tanθ=

    vy

    v0=1,θ=45°,

    O2P=2×

    2•

    d

    2=0.2

    2m=rmax

    所以从P点射出粒子轨迹圆心O2正好在荧光屏上且O2与M板在同一水平线上,0′O2=[d/2]=0.1m,

    O′F=rm-O2O′=

    2

    5-0.1=0.18(m)

    带电粒子打在荧光屏AB上范围为:EF=O′E+O′F=0.38m

    答:(1)带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径为0.2m;

    (2)带电粒子射出电场时的最大速度为1.41×105m/s;

    (3)带电粒子打在屏幕EF上的范围为离屏幕中心上0.2m,下0.18m,长度为0.38m.

    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;带电粒子在匀强电场中的运动.

    考点点评: 本题关键是画出粒子进入磁场后的各种可能的运动轨迹,根据洛伦兹力提供向心力列式后得出半径,然后求出磁偏转的距离表达式,并得出回旋角度的范围,从而得到磁偏转的范围.

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