问题 问答题

带电粒子在AB两极板间靠近A板中央附近S处静止释放,在两极板电压中加速,从小孔P平行CD极板方向的速度从CD极板中央垂直进入偏转电场,B板靠近CD板的上边缘如图甲.在CD两板间加如图乙所示的交变电压,设t1=0时刻粒子刚好进入CD极板,t2=t0时刻粒子恰好从D板的下边缘飞入匀强磁场,匀强磁场的上边界与CD极板的下边缘在同一水平线上,磁场范围足够大,加速电场AB间的距离,偏转电场CD间的距离及CD极板长均为d,图象乙中t0和U0都为已知,带电粒子重力不计,不考虑电场和磁场边界影响.求:

(1)加速电压U=?U0=?

(2)带电粒子进入磁场时的速度?

(3)若带电粒子在t3时刻刚好从C极板的下边缘进入偏转电场,并刚能返回到初始位置S处,t3=?,t0=?

(4)带电粒子全程运动的周期T=?

答案

(1)设带电粒子进入偏转电场时的速度为v0,从偏转电场中射出的速度为v,t1=0时刻粒子刚好进入CD极板,t2=t0时刻粒子恰好从D板的下边缘飞入匀强磁场,

即由几何关系可知:

v=

2
v0

在加速电场中,有动能定理得:

qU=

1
2
mv20

在偏转电场中,有

1
2
qU0=
1
2
mv2-
1
2
mv20

所以,U=

1
2
U0                                                                   

(2)由于粒子在偏转电场中做类平抛运动,带电粒子进入磁场时的速度大小为:

v=

2
v0=
2
d
t0

速度方向和磁场边界成45°角.

(3)带电粒子在磁场中,洛伦兹力提供向心力,故:

qvB=

mv2
R

而,T=

2πR
v

且在磁场中运动时间为:t=

3T
4

由几何关系得:R=

2
2
d⑧

由题意得:t=t3-t0

由④⑤⑥⑦⑧⑨得,t3=(1+

4
)t0

(4)带电粒子全程运动的周期为:T=2(

2d
v0
)+2×
d
v0
+
3T
4
=6t0+
4
t0

答:(1)加速电压U=

1
2
U0

(2)带电粒子进入磁场时的速度

2
d
t0
,速度方向和磁场边界成45°角

(3)若带电粒子在t3时刻刚好从C极板的下边缘进入偏转电场,并刚能返回到初始位置S处,t3=(1+

4
)t0

(4)运动全程的时间6t0+

4
t0

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