Question

【題目】如圖所示，ABCD為一矩形區(qū)域，其中AB=3L/4，BC=L，其內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場，E是BC邊上的一點，BE=1L/4；MN是兩金屬板構(gòu)成的一理想平行板電容器，N板正中央有一小孔，小孔正對AB邊（略偏上）；在MN之間，正對小孔的電容器中央位置有一粒子源，持續(xù)不斷地產(chǎn)生質(zhì)量為m 、電荷量為q的正粒子（忽略電荷間的相互作用、粒子的初速度及重力，不考慮磁場的邊界效應(yīng)）；當(dāng)UMN=U0時，粒子經(jīng)電場加速后進入磁場，恰好打中D點。

（1）求這些粒子經(jīng)電容器MN加速后的速度大小V0和磁場的磁感應(yīng)強度B

（2）電容器的電壓連續(xù)可調(diào)，求粒子能從CB邊上CE范圍出射的電壓范圍（用U0表示）

（3）請在CE的右方設(shè)置一個或數(shù)個磁場區(qū)域，使得（2）問中從CB邊上CE范圍出射的粒子最終都從同一點平行AB向右射出所加磁場區(qū)域（不必闡述設(shè)計理由，只需畫出或指出其范圍、磁場大小和方向即可）

Answer 1

【答案】（1），；（2）；（3）；

【解析】解：（1）粒子在電場加速中，則有

解得

粒子在磁場中做勻速圓周運動，

由幾何關(guān)系可得

由，解得

（2）電壓為U時進入磁場的速度

從E點射出時，由幾何關(guān)系可得

解得

聯(lián)立解得

粒子能從剛好CB邊上射出，由幾何關(guān)系可得，

聯(lián)立解得

粒子能從CB邊上CE范圍出射的電壓范圍

（3）在CE的右方設(shè)置磁場區(qū)域,，如圖

BF區(qū)域的磁場，方向垂直紙面向外，

FG區(qū)域的磁場，方向垂直紙面向外，