如图所示的两平行金属板间,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度占B1=0.40T,方向垂直纸面向里,电场强度E=2.0×105V/m,PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘建立平面直角坐标系xOy,在第一象限内,存在着以A0为理想边界的匀强磁场B2和B3.B2和B3的磁感应强度大小相等,B2的方向垂直纸面向外,B3的方向垂直纸面向里.边界A0和y轴间的夹角为30°.一束带电荷量q=2.5×10-8C、质量m=4.5×10-15kg的带正电的微粒从P点射入平行板间,沿中线PQ做直线运动,穿出平行板区域后从Y轴上坐标为(0,0.3m)的Q点垂直y轴射入磁场B2区,不计微粒的重力,则:
(1)微粒在平行板间运动的速度为多大?
(2)要使进入第一象限的微粒不能通过AO边界,则匀强磁场B2的磁感应强度大小应满足什么条件?
(3)若匀强磁场B2和B3的磁感应强度大小为0.60T,求微粒从Q点进入第一象限开始.第6次通过A0边界线时的点到原点O的距离L和经过的时间t.(答案可保留根式)
(1)带电粒子在平行金属板间做匀速直线运动,
则有:qvB1=qE,
所以v=
=5×105m/sE B1
(2)由于带电粒子在磁场B2中做匀速圆周运动,
画出如图所示的临界几何图
有:3R=
R=. OQ
=0.1m. OQ 3
由洛伦兹力提供向心力,
则有:qvB20=
,mv2 R
解得:B20=
=0.9T mv Rq
所以B2≥0.9T
(3)由洛伦兹力提供向心力,
则有:qvB2=m
r=v2 r
=mv qB2
=0.15mmv qB3
作几何图象,粒子从Q点进入磁场后第一次通过AO边界点为A1点,
由图可得:α=30°
=0.15. A1O
m=0.26m3
根据带电粒子在磁场中运动特点,有第六次通过AO边界点为A6点,
它距离O点距离为:
=0.9. A6O
m3
带电粒子在磁场中运动的周期为T=
,2πm qB2
根据运动圆轨迹的圆心角,
有第六次通过AO边界的时间是t=3.5T=1.4π×10-6s=4.4×10-6s
答:(1)微粒在平行板间运动的速度为5×105m/s;
(2)要使进入第一象限的微粒不能通过AO边界,则匀强磁场B2的磁感应强度大小应满足≥0.9T;
(3)若匀强磁场B2和B3的磁感应强度大小为0.60T,求微粒从Q点进入第一象限开始.第6次通过A0边界线时的点到原点O的距离L和经过的时间4.4×10-6s.