问题 问答题

如图所示,一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量为q=+1.0×10-5C,从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中,偏转电压为U2=100V,接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6cm的匀强磁场区域.已知偏转电场中金属板长L=20cm,两板间距d=17.3cm,带电微粒的重力略不计.求:

(l)带电微粒进入偏转电场时的速率v1

(2)带电微粒射出偏转电场时的速度偏转角θ;

(3)为使带电微粒不会从磁场右边界射出,该匀强磁场的磁应强度的最小值B.

答案

解(1)带电微粒经加速电场加速后速度为v1

根据动能定理U1q=

1
2
m
v21

v1=

2U1q
m

v1=1.0×104m/s

(2)带电微粒在偏转电场中只受电场力作用,做类平抛运动.

在水平方向:L=v1t…①

带电微粒在竖直方向做匀加速直线运动,加速度为a,出电场时竖直方向速度为v2

竖直方向:a=

qE
m
=
qU2
md
…②

v2=at…③

由①②③得v2=

qU2L
mdv1

又因为:tanθ=

v2
v1
=
qU2L
md
v21

代入v1=

2U1q
m

tanθ=

U2L
2dU1
=

即:θ=30°

(3)带电微粒进入磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,

设微粒轨道半径为R,

由几何关系知:R+Rsinθ=D

R=

2
3
D

设微粒进入磁场时的速度为v′

v′=

v1
cos30°

由牛顿运动定律及运动学规律qv′B=

mv2
R

B=

mv′
qR
B=
m
2
3
D
v1
cos30°

B=0.1T

若带电粒子不射出磁场,磁感应强度B至少为0.1T.

答:(l)带电微粒进入偏转电场时的速率v1=1.0×104m/s

(2)带电微粒射出偏转电场时的速度偏转角θ=30°;

(3)为使带电微粒不会从磁场右边界射出,该匀强磁场的磁应强度的最小值B=0.1T.

多项选择题
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