如图所示,A、B为一对平行板,板长为l,两板距离为d,板间区域内充满着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,一个质量为m,带电量为+q的带电粒子自静止开始经

发布时间:2020-08-08 19:16:54

如图所示,A、B为一对平行板,板长为l,两板距离为d,板间区域内充满着匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,一个质量为m,带电量为+q的带电粒子自静止开始经M、N两平行金属板间的电场加速后,从A、B两板的中间沿垂直于磁感线的方向射入磁场.(不计粒子的重力)求:
(1)若粒子被加速后进入磁场的速度为v0,则它在磁场中做圆周运动的半径和周期各为多少?
(2)MN两极板间的电压U应在什么范围内,粒子才能从磁场内射出?

网友回答

解:
(1)粒子在磁场做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,则有:
????? ????qv0B=m?
???? 解得:r=
???? 周期T==.
(2)带电粒子在MN两极板间的加速过程由动能定理得:
???? qU=
如图所示,当粒子从左边射出时,若运动轨迹半径最大,其圆心为图中O1点,半径r1=.因此粒子从左边射出必须满足r≤r1
?联立解得:U≤.
当粒子从右边射出时,若运动轨迹半径最小,则其圆心为图中O2点,设半径为r2.
由几何关系可得:=
?? 解得?
因此粒子从右边射出必须满足的条件是:r≥r2
联立解得:U≥
答:
(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径为=,周期为;
(2)MN两极板间的电压U应在什么范围内,粒子才能从磁场内射出当U≤或U≥时,粒子可以从磁场内射出.
解析分析:(1)粒子在磁场中做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律求出半径,由圆周运动的周期公式求解周期.
(2)当粒子从平行板左边射出时,最大半径为r1=,粒子从左边射出必须满足r≤r1.当粒子恰好从平行板右边射出时,由几何知识半径r2,即为粒子从右边射出时运动轨迹最小半径.由半径公式和动能定理求解电压的范围.

点评:本题关键应用几何知识两种临界情况情况下,粒子圆周运动的半径,这是粒子在磁场中匀速圆周运动问题常用的方法.
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