在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子 比荷的实验,其实验装置如图所示.abcd 是一个长方形盒子,在 ad 边和 cd 边上各开有小孔f和e,e 是 cd 边上的中点,荧光屏 M 贴着cd放置,能显示从 e 孔射出的粒 子落点位置.盒子内有一方向垂直于 abcd 平面的匀强磁场,磁感应强度大小为 B.粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可以忽略.粒子经过电压为U的电场加速后,从 f 孔垂直于 ad 边射入盒内.粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出.若已知 fd=cd=L,不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力.求:
(1)带电粒子的荷质比 q/m
(2)带电粒子在磁场中运动的速度大小 v.
(3)带电粒子在磁场中运动的时间 t (可用反三角函数表示).

(1)粒子经电场加速后,由动能定理得:qU=
mv21 2
射入磁场后,有:qvB=mv2 R
粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,
几何关系是:(L-R)2+(
)2=R2L 2
联立解得:带电粒子的电量与质量的比值为:
=q m 128U 25B2L2
(2)带电粒子在磁场中运动的速度大小:v=
=2qU m 16U 5BL
(3)由几何关系得 粒子轨迹所对应的圆心角
θ=2arcsin
=2arcsin
L5 4R 2 5 5
带电粒子在磁场中运动的时间:
t=
T=θ 2π
=θm qB
arcsin25BL 64U 2 5 5
答:(1)带电粒子的荷质比
=q m
;128U 25B2L2
(2)带电粒子在磁场中运动的速度大小v=
;16U 5BL
(3)带电粒子在磁场中运动的时间t=
arcsin25BL 64U
.2 5 5