如图所示,带电平行金属板PQ和MN之间的距离为d;两金属板之间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.建立如图所示的坐标系,x轴平行于金属板,且与金属板中心线重合,
◎ 题目
如图所示,带电平行金属板PQ和MN之间的距离为d;两金属板之间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.建立如图所示的坐标系,x轴平行于金属板,且与金属板中心线重合,y轴垂直于金属板.区域I的左边界是y轴,右边界与区域II的左边界重合,且与y轴平行;区域II的左、右边界平行.在区域I和区域II内分别存在匀强磁场,磁感应强度大小均为B,区域I内的磁场垂直于Oxy平面向外,区域II内的磁场垂直于Oxy平面向里.一电子沿着x轴正向以速度v0射入平行板之间,在平行板间恰好沿着x轴正向做直线运动,并先后通过区域I和II.已知电子电量为e,质量为m,区域I和区域II沿x轴方向宽度均为
(1)求两金属板之间电势差U; (2)求电子从区域II右边界射出时,射出点的纵坐标y; (3)撤除区域I中的磁场而在其中加上沿x轴正向的匀强电场,使得该电子刚好不能从区域II的右边界飞出.求电子两次经过y轴的时间间隔t. |
◎ 答案
(1)电子在平行板间做直线运动,电场力与洛伦兹力平衡, 由平衡条件得:eE=ev0B,①电场强度E=
由①②两式联立解得:U=Bv0d; (2)如右图所示,电子进入区域I做匀速圆周运动, 向上偏转,洛伦兹力提供向心力, 由牛顿第二定律得:ev0B=m
设电子在区域I中沿着y轴偏转距离为y0,区域I的宽度为b(b=
由数学知识得:(R-y0)2+b2=R2,④ 由③④式联立解得:y0=
因为电子在两个磁场中有相同的偏转量, 故电子从区域II射出点的纵坐标y=2y0=
(3)电子刚好不能从区域II的右边界飞出, 说明电子在区域II中做匀速圆周运动的轨迹恰好与区域II的右边界相切, 圆半径恰好与区域II宽度相同.电子运动轨迹如下图所示.设电子进入区域II时的速度为v, 由牛顿第二定律得:evB=m
由人r=b得:v=
电子通过区域I的过程中,向右做匀变速直线运动, 此过程中平均速度 |