如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里.位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接

◎ 题目

如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里.位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响).
已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时,刻经极板边缘射入磁场.上述m、q、l、l0、B为已知量.(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况)

魔方格

(1)求电压U的大小.
(2)求
1
2
时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径.
(3)何时刻进入两极板的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间.

◎ 答案


魔方格
(1)t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,
            则有 y=
1
2
l
,x=l
         由E=
U0
l
①,Eq=ma②,y=
1
2
l=
1
2
a
t20

       联立以上三式,解得两极板间偏转电压为U0=
ml2
q
t20
④.
  (2)
1
2
t0
时刻进入两极板的带电粒子,前
1
2
t0
时间在电场中偏转,后
1
2
t0
时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动.
   由题,带电粒子沿x轴方向的分速度大小为v0=
l
t0
    ⑤
   带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为vy=a?
1
2
t0

   带电粒子离开电场时的速度大小为v=

v2x
+
v2y

   设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为R,
   则有Bvq=m
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