(2011•四川模拟)如图所示,位于坐标原点O处的一粒子源P,在xoy平面内以同一速率v同时向y轴右侧(含y轴)各个方向

(2011•四川模拟)如图所示,位于坐标原点O处的一粒子源P,在xoy平面内以同一速率v同时向y轴右侧(含y轴)各个方向发射相同的正粒子,粒子质量为m、电荷量为q.在由y轴和上、下两个与x轴相切于原点O、半径为b的[1/4]圆弧所围成的区域(含边界)中,分别存在垂直于xoy平面的匀强磁场Ⅰ、Ⅱ.经过磁场区域后,粒子均沿x轴正方向运动,然后全部射人正对放置的金属平板之间,两平板垂直于y方向且关于x轴对称,板间距离为d,在金属板右侧放置垂直于x轴且足够大的接收屏MN.若两板间加上大小为U的恒定电压,只在板间形成沿y轴负方向的匀强电场,不计粒子重力及粒子间的相互作用.那么
(1)磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小是多少?方向如何?
(2)若全部粒子均能打在接收屏上,金属板的最大长度是多少?此时粒子在接收屏上的分布范围是多大?
(3)对由粒子源同一时刻发出的粒子而言,若沿x轴运动的粒子恰能从板间出射,且在其出射瞬间撤去电场,那么,打在接收屏上的粒子在进出金属板间的过程中,y方向动量变化的最小值是多少?
江枫渔歌 1年前 已收到1个回答 举报

蒋本年 幼苗

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解题思路:(1)、由题意可分析,沿y轴正方向和负方向射出的粒子,由偏转方向可判断出两个区域的磁场方向,经偏转后均沿x轴的正方向运动,可得出其运动半径都是d,由洛伦兹力提供向心力列式求解可得出两个磁场的场强.
(2)、首先根据运动学公式,在竖直方向上可求出带电粒子的运动时间,在水平方向上,粒子一直做匀速直线运动,便可求出粒子在该时间内的水平位移,即为金属板的最大长度.
(3)、由运动学公式表示出沿x轴入射的粒子从板间射出的时间t2与竖直方向的位移的关系,再分析所有粒子到达金属边间的最大时间差△t,便可得到动量变化△p的表达式,根据t2-△t取值,可分析粒子沿y方向动量变化的最小值.

(1)、磁场Ⅰ的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向外,由题意可知,粒子在磁场中做圆周运动的半径是b,则有:
qvB1=m
v2
b
得:B1=
mv
qb
磁场Ⅱ的磁感应强度为B2,方向垂直纸面向内,由题意可知有:
B2=B1=
mv
qb
(2)、由y=-b处入射的粒子恰能从金属板间射出,所用的时间为t1,由牛顿第二定律可得粒子在y轴方向的加速度为:
a=
qU
md
由运动学公式有:[d/2−b=
1
2a
t21]
金属板的最大长度为:
Lmax=vt1
由以上各式可得:
Lmax= v

(d−2b)dm
qU
所有粒子经电场都沿y的负方向偏移同样大小的量值,所以粒子在MN屏上的y方向分布范围为:
△yMN=2b
(3)、沿x轴入射的粒子恰能从板间射出,所用的时间为t2,则由运动学公式有:
[d/2=
1
2a
t22]
由y=b处入射的粒子与y=0处入射的粒子刚到达金属板间的时间差最大,为:
△t=(
π
2−1)
b
v
y=b处入射的粒子在y方向的动量变化最小,其值为△p,由动量定理得:
△p=
qU
d(t2−△t)
当t2-△t>0时
△p=
mqU−(
π
2−1)
qUb
vd
当t2-△t≤0时,粒子不经电场加速
△p=0
答:(1)磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小都为[mv/qb].方向分别为垂直纸面向外和向里.
(2)若全部粒子均能打在接收屏上,金属板的最大长度是v

(d−2b)dm
qU,此时粒子在接收屏上的分布范围是2d.
(3)y方向动量变化的最小值是0.

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强电场中的运动;牛顿第二定律;运动的合成和分解;带电粒子在匀强磁场中的运动.

考点点评: 此题考察到了两方面的问题,一是在磁场中的偏转,一是在电场中的偏转.
对于带点粒子在磁场中的偏转,往往联系临界和多解问题,当粒子速度大小不变,速度方向变化;此时由于速度大小不变,则所有粒子运动的轨道半径相同,但不同粒子的圆心位置不同,其共同规律是:所有粒子的圆心都在以入射点为圆心,以轨道半径为半径的圆上,从而找出动圆的圆心轨迹,再确定运动轨迹的临界点.
粒子在电场中的偏转,把运动沿电场的方向和垂直于电场的方向进行分解,一是做初速度为零的匀加速直线运动,一是做匀速直线运动,分别运用运动学公式进行列式求解即可.

1年前

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