如图l所示,带有小孔的平行极板A、B间存在匀强电场,电场强度为E0,极板间距离为L.其右侧有与A、B垂直的平行极板C、D,极板长度为L,C、D板加不变的电压.C、D板的右侧存在宽度为2L的有界匀强磁场,磁场边界与A、B板平行.现有一质量为m,带电量为e的电子(重力不计),从A板处由静止释放,经电场加速后通过B板的小孔飞出;经C、D板间的电场偏转后恰能从磁场的左侧边界M点进入磁场区域,速度方向与边界夹角为60°,此时磁场开始周期性变化,如图2所示(磁场从t=0卸时刻开始变化,且以垂直于纸面向外为正方向),电子运动一段不少于
;的时间后从右侧边界上的N点飞出,飞出时速度方向与边界夹角为60°,M.N连线与磁场边界垂直.求:T 2
(1)电子在A、B间的运动时间
(2)C、D间匀强电场的电场强度
(3)写出磁感应强度B0变化周期T的大小各应满足的表达式.
(1)电子在AB间直线加速,加速度a=eE0 m
电子在AB间运动的时间电子从B板的小孔飞出时的速度为t,则L=
at21 2
解得:t=2mL eE0
(2)设电子从B板的小孔飞出时的速度为v0,
则电子从平行板CD间射出时沿电场方向的速度为vy=v0tan30°
又vy=eE m L v0
所以CD间的匀强电场的电场强度为E=
E02 3 3
(3)在磁场变化的半个周期内粒子的偏转角为60°,如图所示:
所以在磁场变化半个周期内,粒子在x轴方向上的位移等于R,
粒子达到N点而且速度符合要求的空间条件为:
=nR=2L. MN
电子在磁场中做圆周运动的半径R=mv B0e
电子进入磁场时的速度v=
=v0 cos30°
v02 3 3
得:B0=n
(n=1,2,3…)2mE0 3eL
电子在磁场中运动半个周期T0=2πm B0e
磁场变化周期T与T0间应满足的关系是
=T 2 T0 6
得:T=π n
(n=1,2,3…)2mE0 3eL
答:(1)电子在A、B间的运动时间为
;2mL eE0
(2)C、D间匀强电场的电场强度为
E0;2 3 3
(3)写出磁感应强度B0变化周期T的大小各应满足的表达式为T=π n
(n=1,2,3…).2mE0 3eL