如图甲所示,在两平行金属板的中线OO′某处放置一个粒子源,粒子沿OO1方向连续不断地放出速度的带正电的粒子。在直线MN的右侧分布有范围足够大的匀强磁场,磁感应强度B=0.01T,方向垂直纸面向里,MN与中线OO′垂直。两平行金属板间的电压U随时间变化的U—t图线如图乙所示。已知带电粒子的荷质比,粒子的重力和粒子之间的作用力均可忽略不计,若时刻粒子源放出的粒子恰能从平行金属板边缘离开电场(设在每个粒子通过电场区域的时间内,可以把板间的电场看作是恒定的)。求:
(1)时刻粒子源放出的粒子离开电场时的速度大小和方向。
(2)从粒子源放出的粒子在磁场中运动的最短时间和最长时间。
(1)θ=45°(2)
题目分析:(1)设板间距为d,t=0.1s时刻释放的粒子在板间做类平抛运动
在沿电场方向上 ①
粒子离开电场时,沿电场方向的分速度②
粒子离开电场时的速度 ③
粒子在电场中的偏转角为θ ④
由①②③④得
θ=45°
说明:用和联立求出正确结果,参照上述评分标准给分。
(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期
不同时刻释放的粒子在电场中的偏转角θ不同,进入磁场后在磁场中运动的时间不同,θ大的在磁场中的偏转角大,运动时间长。
t=0时刻释放的粒子,在电场中的偏转角为0,在磁场中运动的时间最短:
t=0.1s时刻释放的粒子,在电场中的偏转角最大为45°,在磁场中运动的时间最长:
点评:本题关键是画出粒子进入磁场后的各种可能的运动轨迹,根据洛伦兹力提供向心力列式后得出半径,然后求出磁偏转的距离表达式,并得出回旋角度的范围,从而得到磁偏转的范围.