图(甲)所示,一对金属板M和N平行、竖直放置,M、N的中心分别有小孔P、Q,PQ连线垂直金属板.N板右侧有一半径为r的圆

1个回答

  • (1)在M、N电场间处于一直加速的粒子从小孔Q中射出的速度最大,设从最大速度为v m

    根据动能定理得 qU=

    1

    2 m

    v 2m

    解得:v m=

    2qU

    m

    (2)设M、N两板间距离为d,则两板间的电场强度大小 E=

    U

    d ,

    设粒子运动的加速度为a,根据牛顿第二定律得 qE=ma

    解得:a=

    qU

    md

    每一个周期的第一个

    T

    4 时刻放出的带电粒子刚好能从小孔Q中射出,它加速和减速各经历

    T

    4 ,

    由d=

    1

    2 a(

    T

    4 ) 2 ×2

    解得:d=

    T

    4

    qU

    m

    (3)每一个周期的前

    T

    4 时间内放出的带电粒子才能从小孔Q中射出,其中射出最早的粒子速度最大,越晚射出的粒子速度越小.粒子进入磁场,其中速度越小者运动半径越小,射出点离射入点越近,偏转角度越大(越接近π).最早射入者速度最大,运动半径最大,偏转角度最小,射出点与入射点所夹弧长最大.

    设带电粒子以最大速度射入时在磁场中的运动半径为R,偏转角为θ,由牛顿第二定律和几何关系得

    Bqv=m

    v 2

    R

    tan

    θ

    2 =

    r

    R

    解得:θ=2arctanBr

    q

    2mU

    设沿圆形磁场边界上有带电粒子射出的最大弧长为s(图中实线部分),根据弧长公式

    s=r(π-θ)=r(π-2arctanBr

    q

    2mU )

    答:

    (1)带电粒子从小孔Q中射出的最大速度为

    2qU

    m ;

    (2)M、N两板间的距离为

    T

    4

    qU

    m ;

    (3)在沿圆形磁场的边界上,有带电粒子射出的最大弧长为r(π-2arctanBr

    q

    2mU ).