问题 问答题

如图所示,平行板电容器板长为L,极板间距为2L,上板带正电,忽略极板外的电场. O、O′是电容器的左右两侧边界上的点,两点连线平行于极板,且到上极板的距离为L/2. 在电容器右侧存在一个等腰直角三角形区域ABC,∠C=90°,底边BC与电容器的下极板共线,B点与下极板右边缘重合,顶点A与上极板等高. 在电容器和三角形区域内宥垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小分别为B1=B、B2=2B.一带正电的粒子以初速度v0从O点沿着00′方向射入电容器,粒子的重力和空气阻力均不计.

(1)若粒子沿 00′做直线运动,进人三角形区域后,恰从顶点 A飞出,求两极板间的电压U和带电粒子的比荷

q
m

(2)若撤去电容器中磁场的同时,把三角形区域内的磁场方向变为垂直于纸面向外,但磁感应强度大小不变.此后,同一带电粒子仍以相同的初速度v0 从0点沿着 00′方向射入电容器,求粒子从三角形区域飞出时距离飞出边某一顶点的距离.

答案

(1)粒子在电容器中受力平衡,故:

U
2L
q=Bqv0

由于三角形区域ABC为等腰直角三角形,故粒子进入磁场B2到从A射出的轨迹为

1
4
圆周,故半径:

R1=

L
2

洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:

2Bqv0=

mv20
R1

由以上得,

q
m
=
v0
BL

(2)粒子在电容器中做类平抛运动,设飞出电场时侧向位移为y,速度方向偏转角为θ,则有:

y=

1
2
×
Uq
2Lm
×(
L
v0
)
2

tanθ=

y
L
2
=
2y
L

解①④⑤⑥得:y=

L
2
,θ=45°⑦

速度大小为:v=

2
v0

粒子射出电场后进入磁场前做匀速直线运动,故将垂直于AB边进入磁场,且做顺时针偏转,设半径为R2,则有:

2Bqv=

mv2
R2

由②③④⑧⑨得:R2=

2
2
L

由于粒子垂直于AB边进入磁场,且∠ABC=45°,故应垂直于BC边射出,故出射点到B点的距离为:

x=R2=

2
2
L

答:(1)带电粒子的比荷

q
m
v0
L

(2)出射点到B点的距离为

2
2
L

单项选择题
问答题