解题思路:(1)粒子在电磁场中沿直线运动,粒子所受电场力与洛伦兹力平衡,能求出粒子的速度.粒子在MN间做加速运动过程,由动能定理可以求出加速电场电压.
(2)粒子进入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,粒子从s2到打在D上经历的时间t等于在磁场中运动时间和穿出磁场后匀速直线运动的时间之和.M、N间的电压越大,粒子进入磁场时的速度越大,在极板间经历的时间越短,同时在磁场中运动轨迹的半径越大,在磁场中粒子磁场偏转角度越小,运动的时间也会越短,出磁场后匀速运动的时间也越短,故当粒子打在收集板D的右端时,对应时间t最短.根据几何知识求出打在D的右端时轨迹半径,根据前面的结果求出粒子进入磁场时的速度大小,运用运动学公式求出两段时间.根据动能定理求电压Ul.
(1)粒子带正电,要加速,则M板必须带正电荷.
粒子在电磁场中沿直线运动打到P板上,粒子所受电场力与洛伦兹力平衡,可知:qv0B=Eq
粒子在电场中加速过程,由动能定理:qU=[1/2m
v20]
解得:U=
mE2
2qB2
(2)M、N间的电压越大,粒子进入磁场时的速度越大,粒子在磁场中运动轨迹的半径越大,运动的时间会越短,出磁场后匀速运动的时间也越短,所以当粒子打在收集板D的右端时,对应时间t最短.
根据几何关系:r=
3R
由牛顿第二定律:qv1B=
m
v21
r,
解得:v1=
3qBR
m
所以 T=[2πr
v1=
2πm/qB]
粒子在磁场中运动时圆心角为60°,所以:t1=[1/6T=
πm
3qB]
粒子出磁场后做匀速直线运动经历的时间:t2=[R
v1=
3m/3qB]
粒子经过s2后打在D上t的最小值 t=t1+t2=
m
3qB(π+
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;动能定理的应用;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 本题考查分析和处理粒子在磁场中运动的轨迹问题,难点在于分析时间的最小值,也可以运用极限分析法分析.