问题 计算题

如图所示,真空室内竖直条形区域I存在垂直纸面向外的匀强磁场,条形区域Ⅱ(含I、Ⅱ区域分界面)存在水平向右的匀强电场,电场强度为E,磁场和电场宽度均为l且足够长,M、N为涂有荧光物质的竖直板。现有一束质子从A处连续不断地射入磁场,入射方向与M板成60°夹角且与纸面平行如图。质子束由两部分组成,一部分为速度大小为v的低速质子,另一部分为速度大小为3v的高速质子,当I区中磁场较强时,M板出现两个亮斑,缓慢改变磁场强弱,直至亮斑相继刚好消失为止,此时观察到N板有两个亮斑。已知质子质量为m,电量为e,不计质子重力和相互作用力,求:

(1)此时I区的磁感应强度;

(2)N板两个亮斑之间的距离。

答案

(1)3mv/2el(2)v 

(1)低速质子运动轨迹与界面相切,得半径r=2l/3      3分

由evB=mv2/r                                 3分

得B=3mv/2el                                  2分

(2)高速质子运动半径r′=2l,运动至区域界面,速度方向与界面垂直

低速质子在电场中,沿电场方向做初速度为零的匀加速运动,位移l=     3分

垂直电场方向上做匀速直线运动,位移y=vt                                  3分

所以N板两个亮斑之间的距离Y=rcos30°+y                                3分

解得Y=v                                                      2分

本题考查带电粒子在复合场中的运动,在磁场中由洛伦兹力提供向心力,画出运动轨迹,先找圆心,由几何关系求得半径,再由半径公式r=mv/qB求得磁感强度,进入电场后,把粒子的速度分解,在沿着电场方向粒子做初速度为零的匀加速运动,垂直电场方向速度为零,由类平抛运动求解

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