(2013•河南一模)如图,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向

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  • 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=3R1

    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°

    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.

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