Question

如圖所示，M、N為正對(duì)著豎直放置的金屬板，其中N板的正中央有一個(gè)小孔，M、N板間的電壓 U₁=1.0×10³V．P、Q為正對(duì)著水平放置的金屬板，板長(zhǎng)L=10cm，兩板間的距離 d=12cm，兩板間的電壓 U₂=2.4×10³V．P、Q板的右側(cè)存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，其中虛線為磁場(chǎng)的左右邊界，邊界之間的距離l=60cm，豎直方向磁場(chǎng)足夠?qū)挘�一個(gè)比荷=5.0×10⁴C/kg的帶正電粒子，從靜止開始經(jīng)M、N板間的電壓U₁加速后，沿P、Q板間的中心線進(jìn)入P、Q間，并最終進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域．整個(gè)裝置處于真空中，不計(jì)重力影響．
（1）求粒子進(jìn)入P、Q板間時(shí)速度 υ 的大小；
（2）若粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，恰好沒有從磁場(chǎng)的右邊界射出，求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小．

Answer 1

【答案】分析：粒子在MN間加速，由動(dòng)能定理有：，在MN間加速后，以速度v進(jìn)入PQ，并在PQ間偏轉(zhuǎn)，粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，射出PQ時(shí)速度v′，最后在磁場(chǎng)中以速度v′做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．運(yùn)動(dòng)軌跡恰與磁場(chǎng)右邊界相切．
解答： 解：（1）粒子在M、N間運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)動(dòng)能定理得
帶入數(shù)據(jù)得：
粒子進(jìn)入P、Q板間時(shí)速度為10⁴m/s；
（2）設(shè)粒子在P、Q板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t．
粒子的加速度     
粒子在豎直方向的速度 υ_y=at
粒子的水平位移   L=υt
若粒子穿出P、Q板間時(shí)速度偏向角為θ，則
所以θ=45°．
粒子穿出P、Q板間時(shí)的速度υ₁=
粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌跡如上圖所示，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小為υ₁，速度的方向與水平方向的夾角也為θ，所以rsinθ+r=l
因?yàn)槁鍌惼澚μ峁┫蛐牧Γ瑒t
解得          B=0.8 T
勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.8T
點(diǎn)評(píng)：在此題中注意分清過程，弄清每個(gè)過程中的物理模型．運(yùn)用相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)來逐一解決．更要注意題目中的恰好的含義．