如图所示,MN为绝缘板,CD为板上两个小孔, AO为CD的中垂线,在MN的下方有匀强磁场,方向垂直纸面向外(图中未画出),质量为电荷量为
的粒子(不计重力)以某一速度从A点平行于MN的方向进入静电分析器,静电分析器内有均匀辐向分布的电场(电场方向指向O点),已知图中虚线圆弧的半径为R,其所在处场强大小为E,若离子恰好沿图中虚线做圆周运动后从小孔C垂直于MN进入下方磁场。
(1)求粒子运动的速度大小;
(2)粒子在MN下方的磁场中运动,于 MN板O点发生一次碰撞,碰后以原速率反弹,且碰撞时无电荷的转移,之后恰好从小孔D进入MN上方第二象限内的匀强磁场,从A点射出磁场,求MN上下两区域磁场的磁感应强度大小之比为多少?
(3)粒子从A点出发后,第一次回到A点所经过的总时间为多少?
(1)(2)
(3)
题目分析:(1)粒子进入静电分析器做圆周运动,故
(3分)
(2分)
(2)粒子从D到A匀速圆周运动
在磁场中洛伦兹力提供向心力,, (2分)
设MN下方的磁感应强度为B1,
上方的磁感应强度为B2,
碰撞一次,则
, (1分)
, (1分)
故, (2分)
(3)粒子在电场中运动时间, (2分)
在下方的磁场中运动时间
(2分)
在上方的磁场中运动时间
(2分)
总时间。 (2分)