(2014•资阳模拟)如图所示,是一种电子扩束装置的原理示意图.直角坐标系原点O处有一电子发生器,朝xOy平面内x≥0区

(2014•资阳模拟)如图所示,是一种电子扩束装置的原理示意图.直角坐标系原点O处有一电子发生器,朝xOy平面内x≥0区域任意方向发射电子,电子的速率均为v0,已知电子的电荷量为e、质量为m.在0≤x≤d的区域内分布着沿x轴负方向的匀强电场,场强大小E=
3mv02
2ed
,在x>d区域内分布着足够大且垂直于xOy平面向外的匀强磁场,匀强磁场的磁感应强度B=
4mv0
ed
.ab为一块很大的平面感光板,在磁场内平行于y轴放置,电子打到板上时会在板上形成一条亮线.不计电子的重力和电子之间的相互作用.
(1)求电子进入磁场时速度的大小;
(2)当感光板ab沿x轴方向移到某一位置时,恰好没有电子打到板上,求感光板到y轴的距离x1
(3)保持(2)中感光板位置不动,若使所有电子恰好都能打到感光板上,求磁感应强度的大小以及电子打到板上形成亮线的长度.
大听雨 1年前 已收到1个回答 举报

快乐邮差 幼苗

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解题思路:(1)电子在电场中运动时,电场力做功都相同,为eEd,根据动能定理求出电子离开电场时的速度大小,即得到电子进入磁场时速度的大小;
(2)电子进入磁场后由洛伦兹力充当向心力做匀速圆周运动.对于沿y轴负方向射出的电子进入磁场时,不能打到ab板上,则所有电子均不能打到ab板上.当此电子轨迹与ab板相切时,画出轨迹,由牛顿第二定律求出轨迹半径,由几何知识求出感光板到y轴的距离x1
(3)沿y轴正方向射出的电子若能打到ab板上,则所有电子均能打到板上.此电子轨迹恰好与ab板相切,画出轨迹,由几何知识求出轨迹半径,由牛顿第二定律求解磁感应强度的大小.电子在电场中做类平抛运动,由牛顿第二定律和运动学公式求出电场中沿y轴方向的位移,由几何关系求出电子打到板上形成亮线的长度.

(1)根据动能定理:eEd=
1
2mv2−
1
2m
v20
得v=2v0

(2)由v0=[v/2]知,对于沿y轴负方向射出的电子进入磁场时与边界线夹角θ=60°,若此电子不能打到ab板上,则所有电子均不能打到ab板上.当此电子轨迹与ab板相切时,根据洛伦兹力提供向心力有evB=m
v2
r
又B=
4mv0
ed
得r=
d
2
由几何知识x1=r(1+cos60°)+d
解得x1=
7
4d
(3)易知沿y轴正方向射出的电子若能打到ab板上,则所有电子均能打到板上.其临界情况就是此电子轨迹恰好与ab板相切,画出轨迹如图所示,
此时r′(1−cos60°)=
3
4d
故r′=
3
2d=3r
由qvB′=m
v2
r′
解得B′=
4mv0
3ed
此时,所有粒子恰好都能打到板上
电子在电场中运动过程eE=ma,d=
1
2at2
沿y轴方向的位移 y1=v0t=
2
3
3d
电子在磁场中运动过程,沿y轴负方向的偏转量 y2=r′(1-sinθ)
沿y轴正方向的偏转量 y3=r′sinθ
电子打到板上形成亮线的长度L=2y1+y2+y3=
4
3
3

点评:
本题考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;带电粒子在匀强电场中的运动.

考点点评: 本题是电场中偏转和磁场中圆周运动的综合,关键是分析临界情况,当电子刚好不能打到ab板上时,其轨迹恰好与ab板相切,这是经常用到的临界条件,再由几何关系求出亮线的长度.

1年前

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