解题思路:(1)t=t0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做类平抛运动.由题知道x方向位移为l,y方向位移为[l/2] 运用运动的分解,根据牛顿第二定律和运动学公式求解粒子的比荷q/m.
(2)若t=0时刻发出的粒子在电场中做匀速直线运动,进入磁场后做匀速圆周运动,根据洛伦兹力提供向心力求出半径,即可求出M点坐标.
(3)t时刻发出的粒子,在电场中运动的总时间为t0,粒子先做匀速运动,速度为v0,运动时间为(t0-t),再做类平抛运动,后在磁场中做匀速圆周运动,画出轨迹,根据几何关系即可求解.
(1))t=t0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做类平抛运动,运动时间为t0,则
竖直方向:
l
2=
1
2at02 ①
a=
qU0
ml ②
①②联立解得:
q
m=
l2
U0t02 ③
(2)t=0时刻发出的粒子在电场中做匀速直线运动,速度大小为v0=
l
t0 ④
进入磁场后做匀速圆周运动,设半径为R1
根据洛伦兹力提供向心力得:m
v02
R1=Bqv0 ⑤,
③④⑤联立得:R1=
U0t0
Bl,⑥
故M点的坐标为(0,
2U0t0
Bl)
(3)t时刻发出的粒子,在电场中运动的总时间为t0,粒子先做匀速运动,速度为v0,运动时间为(t0-t),再做类平抛运动,运动时间为t0.设粒子离开电场时的偏转位移为y,偏转角度为θ,进入磁场时的速度为v,在磁场中的轨迹半径为R2.如图所示,
根据几何关系有:D+2R2cosθ=2R1+y ⑦
cosθ=
v0
v ⑧
R2=
mv
Bq=
mv0
qBcosθ=
R1
cosθ ⑨
⑦⑧⑨联立得:D=y ⑩
又y=
1
2at2且有①式得:a=
l
t02 (11)
⑩(11)联立得:D=
l
2t02t2
答:(1)粒子的比荷
q
m=
l2
U0t02;
(2)M点的坐标(0,
2U0t0
Bl);
(3)D与t的函数关系D=
l
2t02t2.
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: 本题考查带电粒子在匀强磁场和匀强电场中的运动,要掌握住半径公式、周期公式,画出粒子的运动轨迹后,几何关系就比较明显了.