问题 问答题

如图所示,左侧为两间距d=10cm的平行金属板,加上电压;中间用虚线框表示的正三角形内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1,三角形底点A与下金属板平齐,AB边的中点P恰好在上金属板的右端点;三角形区域AC右侧也存在垂直纸面向里,范围足够大的匀强磁场B2.现从左端沿中心轴线方向以v0射入一个重力不计的带电微粒,微粒质量m=1.0×10-10kg,带电荷量q=-1.0×10-4C;带电粒子恰好从P点垂直AB边以速度v=2×105m/s进入磁场,则

(1)求带电微粒的初速度v0

(2)若带电微粒第一次垂直穿过AC,则求磁感应强度B1及第一次在B1中飞行时间;

(3)带电微粒再次经AC边回到磁场B1后,求

B2
B1
的取值在什么范围可以使带电微粒只能从BC边穿出?

答案

(1)微粒在电场中做类平抛运动,根据运动的分解知:

v0=vcos30°=

3
×105m/s

(2)设带电微粒由P点垂直AB射入磁场,又垂直AC穿出,所以作以A点为圆心的圆弧,设匀速圆周运动半径为R1,根据几何关系有:

R1=

d
cos30°
=
20
3
3
cm

由qvB1=m

v2
R1

得:B1=

mv
qR1
=
3
T.

在磁场中飞行时间:t=

T
6
=
1
6
×
2πm
qB1
=
3
π
9
×10-6
s

(3)再次经AC边回到磁场B1后不从AB边穿出就一定从BC边出磁场,所以当轨迹刚好与AB边相切时,设在B2中的半径为R2.如图所示,由几何关系:

2R2=2R1-

R1
cos30°

R2=(1-

3
3
)R1

B2
B1
=
R1
R2
=
3+
3
2

所以只需要

B2
B1
3+
3
2
即可

答:(1)带电微粒的初速度为

3
×105m/s

(2)若带电微粒第一次垂直穿过AC,则磁感应强度B1及第一次在B1中飞行时间为

3
π
9
×10-6s;

(3)带电微粒再次经AC边回到磁场B1后,要

B2
B1
3+
3
2
可以使带电微粒只能从BC边穿出

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