(2011•安徽二模)如图(a)所示,两个平行的金属板间接有图(b)所示的交变电压,板长为L=0.4m,板间距d=0.2

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  • 解题思路:(1)带电粒子在t=0时刻进入,电场强度为零,粒子将以v0的速度垂直磁场左边界射入磁场中.由牛顿定律和几何关系求解.

    (2)粒子进入磁场后,由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动,由牛顿定律和几何关系证明射人点与出射点间的距离恒定.

    (3)当粒子从极板边缘离开电场时,侧移量最大,电场力做功最多,粒子的速度最大.根据侧移量,由牛顿定律和运动学公式求出此时电压,由动能定理求出最大速度.

    (1)带电粒子在t=0时刻进入,由题可知,粒子通过电场区域时间极短,因此粒子从进入电场到离开电场,板间电场强度始终为零,则粒子将以v0的速度垂直磁场左边界射入磁场中.

    由牛顿第二定律,得

    qv0B=m

    v20

    r

    得r=

    mv0

    qB=0.2m

    故粒子在磁场中运动的射人点到出射点间的距离S=2r=0.4m.

    (2)设某时刻进入磁场的粒子速度为v,方向与水平方向成θ角,如右图

    则v=

    v0

    cosθ

    粒子在磁场中运动时的轨迹半径为

    r′=[mv/qB]=

    mv0

    qBcosθ

    粒子射人点到出射点间的距离S′=2r′cosθ=2

    mv0

    qB

    由(1)知S′=2r=0.4m

    故任意时刻射人电场的粒子,在磁场中运动的射人点与出射点间的距离都相等.

    (3)设粒子进入电场时刻,板间的电压为U,且粒子可以射出电场进入磁场.则

    y=[qU/2mdt2,t=

    L

    v0]

    当侧移量y=[d/2]时,电场力对粒子做功最多,

    得到U=

    md2

    v20

    qL2

    代入解得U=25V

    由动能定理得

    q[U/2]=[1/2m

    v2m]-[1/2m

    v20]

    解得 vm=

    5

    2×105m/s

    答:(1)粒子在t=0时刻射入,在磁场中运动的射人点到出射点间的距离为0.4m;

    (2)略

    (3)粒子射出电场时的最大速度为

    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: 本题考查带电在电磁场中的运动,综合考查了牛顿定律、动能定理、受力分析等方面的知识和规律.对考生的分析综合能力、应用数学知识的能力要求较高.

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