问题 问答题

相距2L的AB、CD两平行直线间区域存在着两个方向相反的匀强电场,其中PT上方的电场E1竖直向下;下方的电场E0竖直向上.PQ上连续分布着电量+q、质量m的粒子,依次以相同的初速度v0垂直射入E0中,PQ=L.若从Q点射入的粒子恰从M点水平射出(如图),MT=L/2.不计粒子的重力及相互作用.问:

(1)E0与E1的大小

(2)若从M点射出的粒子恰从中点S位置垂直射入边长为a的正方形有界匀强磁场区域(如图).要使粒子能够从最上边界射出磁场区域.则该匀强磁场的磁感强度B大小?

答案

(1)设粒子在E0和E1中的时间为t1与t2,到达R时竖直速度为vy,则有L=

1
2
a1t
 21
=
1
2
qE0
m
t21
L
2
=
1
2
a2t
 22
=
1
2
qE1
m
t22

vy=

qE0
m
t1=
qE1
m
t2与v0(t1+t2)=2L

联立得E1=2E0E0=

9m
v20
8qL
E1=
9m
v20
4qL

(2)粒子进入磁场的速度为v0

若粒子恰好从最左上角偏离,则

R1=

a
2
=
mv0
qB1

B1=

2mv0
qa

若粒子恰好从最右上角偏离,则

R22
=a2+(R2-
a
2
)2

R2=

5
4
a=
mv0
qB2

B2=

4mv0
5qa

综合得

4mv0
5qa
<B<
2mv0
qa

答:(1)E0大小为

9m
v20
8qL
,E1的大小为
9m
v20
4qL
;(2)匀强磁场的磁感强度
4mv0
5qa
<B<
2mv0
qa

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