如图所示,在坐标系坐标原点O处有一点状的放射源,它向
平面内的
轴上方各个方向发射
粒子,
粒子的速度大小均为
,在
的区域内分布有指向
轴正方向的匀强电场,场强大小为
,其中
与
分别为
粒子的电量和质量;在
的区域内分布有垂直于
平面向里的匀强磁场,
为电场和磁场的边界.
为一块很大的平面感光板垂直于
平面且平行于
轴,放置于
处,如图所示.观察发现此时恰好无粒子打到
板上.(不考虑
粒子的重力及粒子间的相互作用),求:
(1)粒子通过电场和磁场边界
时的速度大小及距y轴的最大距离;
(2)磁感应强度的大小;
(3)将板至少向下平移多大距离才能使所有的粒子均能打到板上?此时ab板上被
粒子打中的区域的长度.
(1)(2)
(3)
题目分析:(1)根据动能定理: (2分)
可得: (1分)
初速度方向与轴平行的粒子通过边界
时距
轴最远,由类平抛知识:
解得:
(3分)
(2)根据上题结果可知:,
对于沿x轴正方向射出的粒子进入磁场时与x轴正方 向夹角:
(1分)
易知若此粒子不能打到ab板上,则所有粒子均不能打到ab 板,因此此粒子轨迹必与ab板相切,可得其圆周运动的半径:
(2分)
又根据洛伦兹力提供向心力: (2分)
可得: (1分)
(3)由分析可知沿x轴负方向射出的粒子若能打到ab板上,则所有粒子均能打到板上。其临界情况就是此粒子轨迹恰好与ab板相切。 (2分)
由分析可知此时磁场宽度为原来的, (2分)
则:板至少向下移动
(1分)
沿x轴正方向射出的粒子打在ab板的位置粒子打在ab板区域的右边界
由几何知识可知:
板上被粒子打中区域的长度:
(3分)
点评:本题难度较大,分析粒子的受力情况,判断粒子的运动轨迹是关键,分析粒子在磁场中的偏转问题时,要按照先找圆心后求半径的思路求解