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如图所示,两块平行金属板MN、PQ水平放置,两板间距为d、板长为L,在紧靠平行板右侧的等边三角形区域内存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,三角形底边BG与PQ在同一水平线上,顶点A与MN在同一水平线上。一个质量为m、电量为+q的粒子沿两板中心线以初速度v0水平射入,若在两金属板间加某一恒定电压,粒子离开电场后垂直AB边从D点进入磁场,BD=AB,并垂直AC边射出(不计粒子的重力)。求:

   (1)两金属板问的电压;

   (2)三角形区域内磁感应强度大小;

   (3)若两金属板问不加电压,三角形区域内的磁场方向垂直纸面向外。要使粒子进入场区域后能从BC边射出,试求所加磁场的磁感应强度的取值范围。

答案

(1)

(2)

(3)


解析:

(1)粒子在两块平行金属板间的电场中,沿水平方向做匀速运动,竖直方向做初速度为零的匀加速运动。

    粒子垂直AB边进入磁场,由几何知识得,粒子离开电场时偏角。根据类平抛运动的规律有:

             ①    (1分)

                  ②    (1分)

            ③    (1分)

              ④    (1分)

联立①②③④解得:         (2分)

(2)由几何关系得:

粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为:

    ⑤    (2分)

粒子进入磁场时的速率为:  ⑥    (2分)

根据向心力公式有:    ⑦    (2分)

联立⑤⑥⑦解得:         (2分)

 (3)若两板间不加电压,粒子将沿水平以速率v0从AB边的中点进入磁场。

当粒子刚好从C点射出磁场,磁感应强度最小。设磁感应强度的最小值为B2

由几何关系知,对应粒子的最大轨道半径r2为:r2=d    (1分)

根据向心力公式有:  (1分)

解得:        (1分)

当粒子刚好从E点射出磁场时,磁感应强度最大。

设磁感应强度的最大值为B3,由几何关系知,

对应粒子的最小轨道半径r3为:(1分)

同上解出:             (1分)

所以所加磁场的磁感应强度的取值范围为      (1分)

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