解题思路:(1)由低速质子恰好与交界相切,由几何关系可得半径大小,再由洛伦兹力提供向心力,来算出磁感应强度大小;
(2)到达N板下方亮斑的质子,则运动半径较小,所以是低速质子,因此根据运动圆弧来确定圆心角,从而求出在磁场中运动时间;
(3)高速质子在磁场中做匀速圆周运动,由几何关系确定竖直方向的位移;当进入匀强电场做匀加速直线运动;而低速质子在磁场中做匀速圆周运动,由几何关系确定竖直方向的位移;进入匀强电场则做类平抛运动,因此根据平抛运动规律可得竖直方向位移,最终将位移相加求出总和.
(1)此时低速质子速度恰好与两场交界相切且与电场方向垂直,在磁场中运动半径为R1
evB=m
v2
R1①
R1+R1cos60°=L ②
由①②得B=
3mv
2eL ③
(2)低速质子在磁场中运动时间t=
2πR1
3v④
因t=[T/3]
则由②④得t=
4πL
9v⑤
(3)高速质子轨道半径 R2=3R1⑥
由几何关系知此时沿电场线方向进入电场,到达N板时与A点竖直高度差
h1=R2(1-sin60°) ⑦
低速质子在磁场中偏转距离
h2=R1sin60°
⑧
在电场中偏转距离
h3=vt′⑨
在电场中时间 t′,L=[1/2at′2⑩
eE=ma(11)
由②⑥⑦⑧⑨⑩(11)得
亮斑PQ间距 h=h1+h2+h3=(2−
2
3
3)L+v
2mL
Ee](12)
答:(1)此时I区的磁感应强度[3mv/2eL];
(2)到达N板下方亮斑的质子在磁场中运动的时间[4πL/9v];
(3)N板两个亮斑之间的距离(2−
2
3
3)L+v
2mL
Ee
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: 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,须“画圆弧、定圆心、求半径”.同时利用几何关系来确定半径大小.
带电粒子在匀强电场中做类平抛运动,由平抛运动规律可将运动分解,分解成的相互垂直两运动具有等时性.