解题思路:(1)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;
(2)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,画出可能的两种轨迹图,根据洛伦兹力提供向心力得到轨道半径,通过几何关系得到向上偏转的距离表达式进行分析.
(1)设带电粒子刚好从极板边缘射出电场时电压为U
[d/2=
1
2at2
a=
Eq
m=
Uq
dm]
t=
l
v0
解得
U=25V
即带电粒子刚好从极板边缘射出时两金属板间的电压为25V.
(2)带电粒子刚好从极板边缘射出电场时速度最大,设最大速度为vm,由动能定理
[qU/2=
1
2m
v2m−
1
2m
v20]
vm=5
5×104m/s
即带电粒子进入磁场时粒子最大速度的大小为5
5×104m/s.
(3)粒子进入磁场后做匀速圆周运动,其可能的两种轨迹如图;
设粒子进入磁场时速度方向与OO'的夹角为θ
则任意时刻粒子进入磁场的速度大小v=
v0
cosθ
粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为RR=
mv
qB=
mv0
qBcosθ
设带电粒子从磁场中飞出的位置与进入磁场的位置之间的距离为l,l=2Rcosθ=
2mv0
qB
由上式可知,射出电场的任何一个带电粒子,进入磁场时的入射点与射出磁场时的出射点间距离为定值,l与θ无关,与所加电压值无关
两点间的距离为:l=0.4m,
故任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和出磁场时在MN上的出射点间的距离为定值,两点间的距离为0.4m.
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和周期,然后求出磁偏转的距离表达式,从而得到磁偏转的范围.