问题 计算题

如图(a)所示,两平行金属板间接有如图(b)所示的随时间t变化的交流电压U,金属板间电场可看做均匀,且两板外无电场,板长L=0.2 m,板间距离d=0.1 m,在金属板右侧有一边界为MN的足够大的匀强磁场 区域,MN与两板中线OO'垂直,磁感应强度B=5×10-3 T,方向垂直纸面向里。现有带正电的粒子流沿两板中线OO'连续射入电场中,已知每个粒子的速度v0=105 m/s,比荷108 C/kg,重力忽略不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视为恒定不变。求:

(1)带电粒子刚好从极板边缘射出时两金属板间的电压;

(2)带电粒子进入磁场时粒子最大速度的大小;

(3)证明:任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和出磁场时在MN上的出射点间的距离为定值,并计算两点间的距离。

答案

解:(1)设带电粒子刚好从极板边缘射出电场时电压为U

,得:U=25 V

(2)带电粒子刚好从极板边缘射出电场时速度最最,设最大速度为vm,由动能定理得

(3)设粒子进入磁场时速度方向与OO'的夹角为θ

则任意时刻粒子进入磁场的速度大小

粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R,

设带电粒于从磁场中出射的位置与进入磁场的位置之间的距离为l,则有

由上式可知,射出电场的任何一个带电粒子,进入磁场时的入射点与射出磁场时的出射点间距离为定值

代入数据得,两点间的距离为l=0.4m

选择题
判断题