如图,带电量为+q、质量为m的粒子(不计重力)由静止开始经A、B间电场加速后,沿中心线匀速射入带电金属板C、D间,后粒子由小孔M沿径向射入一半径为R的绝缘筒,已知C、D间电压

◎ 题目

如图,带电量为+q、质量为m的粒子(不计重力)由静止开始经A、B间电场加速后,沿中心线匀速射入带电金属板C、D间,后粒子由小孔M沿径向射入一半径为R的绝缘筒,已知C、D间电压为U0,板间距离为d,C、D间与绝缘筒内均有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度分别为B0、B.
(1)求粒子在C、D间穿过时的速度v0
(2)求A、B间的加速电压U;
(3)粒子与绝缘筒壁碰撞,速率、电荷量都不变,为使粒子在筒内能与筒壁碰撞4次(不含从M孔出来的一次)后又从M孔飞出,求筒内磁感应强度B (用三角函数表示).
魔方格

◎ 答案

(1)∵粒子在C、D间做匀速运动,则:
Eq=B0qv0     而E=
U0
d
   有:粒子在C、D间的速度v0=
U0
dB0

(2)粒子在A、B间加速过程有:qU=
1
2
m
v20
    在C、D间匀速运动有:qE=qv0B0
且E=U0/d       解得:U=
m
U20
2q
B20
d2

(3)带电离子在圆形磁场中运动的可能轨迹如图:
由(1)得:v0=
U0
B0d

离子在圆形磁场中有:qv0B=m
v20
r

所以B=
mv0
qr
=
mU0
B0dqr

如图所示:r=Rtan
θ
2
由几何知识易知:5θ=2nπ,n=1或2 
魔方格

第一种情况:θ=
5
,则r=Rtan
π
5
,所以B=
mU0
B0dqr
=
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