问题
计算题
分如图所示,MN、PQ是平行金属板,板长为L,两板间距离为d,PQ板带正电,MN板带负电,在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场.一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间,结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场,然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场.不计粒子重力.试求:
(1)两金属板间所加电压U的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小.
答案
(1) (2)
题目分析:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,粒子在磁场中做匀速圆周运动,粒子的运动轨迹如图所示,
设带电粒子在平行金属板匀强电场中运动的时间为t,加速度为a,由运动学规律得:
在水平方向上:
在竖直方向上:偏转位移为
根据牛顿第二定律得:
又
联立以上各式解得: .
(2)带电粒子以速度v飞出电场后射入匀强磁场做匀速圆周运动, 如图所示,由运动学公式得: ,解得:粒子离开电场时的竖直分速度为
带电粒子飞出电场时的速度大小为:
设速度方向和PQ所在直线的夹角为θ,
由几何关系得:粒子在磁场中的运动半径为
粒子在磁场中做圆周运动时洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:
解得: