解题思路:(1)带电粒子在加速电场中加速过程电场力做功,由动能定理即可求解;(2)带电粒子在偏转电场中运动时,水平方向最匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,将运动分解即可;(3)画出粒子在磁场中运动的轨迹,结合几何关系与洛伦兹力提供向心力的表达式,即可求解.
(1)带电粒子在加速电场中加速过程,由动能定理得;
qU=
1
2m
v20…①
解得:v0=
2qU
m
(2)带电粒子在偏转电场中,设运动时间为t,加速度为a,平行电场的分速度为vy,侧移距离为y.
由牛顿第二定律得:qE=ma…②
由运动学公式得:L=v0t…③
vy=at…④
由②③④得:y=
1
2at2…⑤
带电粒子从离开电场到打到荧光屏上的过程中,设运动时间为t′,侧移距离为y′.
由运动学公式得:[L/2]=v0t′…⑥
由③④⑥得:y′=vyt′…⑦
由⑤⑦得带电粒子打到荧光屏上的点到O2的距离:d=y+y′=
EL2
2U
(3)磁场的方向如图所示,左半部分垂直纸面向外,右半部分垂直纸面向里.
带电粒子运动轨迹与场区中心线交于N点,经N点做场区左边界的垂线交于M点,经N点做过N点速度的垂线交场区左边界于O点,O点就是带电粒子在左半区域磁场中做圆周运动的圆心.带电粒子在两部分磁场中的运动对称,出磁场的速度与荧光屏垂直,所以O1M=[d/2].(意思明确即可)
设带电粒子做圆周运动的半径为R,由几何关系得:R2=(
L
2)2+(R−
d
2)2…⑧
由牛顿第二定律得:qv0B=m
v20
R…⑨
由v0、d的结论和⑧⑨式解得:
B=
8mv0EU
q(4U2+E2L2)=
mU
q•
8EU
4U2+E2L2.
答:(1)带电粒子刚出小孔O1时的速度大小是
2qU
m;
(2)加匀强电场时,带电粒子打到荧光屏上的点到O2的距离是
EL2
2U;
(3)左右两部分磁场的方向和磁感应强度B的大小是B=
mU
q•
8EU
4U2+E2L2.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;动能定理的应用;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题是带电粒子在组合场中运动的问题,关键是分析粒子的受力情况和运动情况,正确画出粒子在磁场中运动的轨迹,用动力学的方法进行求解.