问题 问答题

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

T
2
;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:

(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.

答案

(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=

1
2
at2

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°

vy=

eE
m
L
v0

所以CD间的匀强电场的电场强度为E=

2
3
3
E0

(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:

.
MN
=nR=2L

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°
=
2
3
3
v
0

得:B0=n

2mE0
3eL
(n=1,2,3…)

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
2mE0
3eL
(n=1,2,3…)

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

2
3
3
E0

(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
2mE0
3eL
(n=1,2,3…).

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