解题思路:(1)①粒子在电场中加速利用动能定理列式求解;
②同一个圆中,弦长越短对应弧长就越短,所用时间也就越短;找出最短弦长,画出轨迹,利用几何关系可解偏转角.
(2)粒子射入磁场后与右边界相切时粒子经过磁场后又回到O处的半径最大,即进入磁场的速度最大,利用几何关系和牛顿第二定律列式求解即可.
(1)①若U=750V,粒子经电场加速
由动能定律得:qU=
1
2mv2
解得:v=
2qU
m=
2×1.5×105×750m/s=1.5×104m/s ①
②粒子在磁场中做匀速圆周运动
由洛伦兹力提供向心力则:qvB=
mv2
r ②
①②联立得:r=
mv
qB=0.4m ③
弦长越短对应弧长就越短,所用时间也就越短;
粒子在磁场中运动轨迹对应的最短弦长L=d=0.4m ④时运动的时间最短,
③④得:r=L
由几何关系得粒子飞出磁场时与右边界的夹角大小α=60°
(2)粒子射入磁场后与右边界相切时,正极与圆筒之间电势差最大Um,由几何关系得
rmcosθ+rm=d ⑤
rmsinθtanθ=R ⑥
⑤⑥联立得:
cosθ=0.4
rm=
2
7m
粒子在磁场中洛伦兹力提供向心力则:qvmB=m
vm2
rm
解得:vm=
3
28×105m/s
粒子经电场加速由动能定理得:qUm=
1
2mvm2
解得:Um≈3.8×102V
电势差U合适的范围:0<U≤3.8×102V
答:(1)①粒子达到细缝处的速度为1.5×104m/s;②若有一粒子在磁场中运动的时间最短,此粒子飞出磁场时与右边界的夹角大小60°
(2)电势差U合适的范围是0<U≤3.8×102V.
点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;带电粒子在匀强电场中的运动.
考点点评: 解决本题的关键画出粒子运动的轨迹图,理清粒子在整个过程中的运动情况,结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解.