如图所示,两个几何形状完全相同的平行板电容器PQ和MN,水平置于水平方向的匀强磁场中(磁场区域足够大),两电容器极板左端和右端分别在同一竖直线上.已知P、Q之间和M、N之间

◎ 题目

如图所示,两个几何形状完全相同的平行板电容器PQ和MN,水平置于水平方向的匀强磁场中(磁场区域足够大),两电容器极板左端和右端分别在同一竖直线上.已知P、Q之间和M、N之间的距离都是d,板间电压都是U,极板长度均为l.今有一电子从极板左侧的O点以速度v0沿P、Q两板间的中心线进入电容器,并做匀速直线运动穿过电容器,此后经过磁场偏转又沿水平方向进入到电容器M、N板间,在电容器M、N中也沿水平方向做匀速直线运动,穿过M、N板间的电场后,再经过磁场偏转又通过O点沿水平方向进入电容器P、Q极板间,循环往复.已知电子质量为m,电荷为e.
(1)试分析极板P、Q、M、N各带什么电荷?
(2)Q板和M板间的距离x满足什么条件时,能够达到题述过程的要求?
(3)电子从O点出发至第一次返回到O点经过了多长时间?
魔方格

◎ 答案

(1)根据左手定则判断可知电子在PQ间向右运动时,所受的洛伦兹力向下,则电场力向上,故P板带正电荷,Q板带负电荷,同理可知M板带负电荷,N板带正电荷.
(2)在复合场中 ev0B=e
U
d
,则得 B=
U
v0d
 ①
在磁场中匀速圆周运动时,有 ev0B=m
v20
r
 ②
因此 r=
m
v 0
eB
=
dm
v20
eU
 ③
要想达到题目要求Q板和M板间的距离x应满足:(2r-
3
2
d)<x<(2r-
1
2
d)
 ④
将③式代入④式得:
2dm
v20
eU
-
3d
2
<x<
2dm
v20
eU
-
d
2

(3)在电容器极板间运动时间 t1=
2l
v0

在磁场中运动时间t2=T=
2πm
eB
=
2πmdv0
eU

电子从O点出发至第一次返回到O点的时间为:t=t1+
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