如图甲所示,平行金属板A和B间的距离为d,现在A、B板上加上如图乙

如图甲所示,平行金属板AB间的距离为d,现在AB板上加上如图乙所示的方波电压,A板比B板的电势高。电压的正向值为,反向值也为,现有质量为m、电量为的粒子组成的粒子束,从AB的中点O沿金属板中轴线以速度不断射入,所有粒子在AB间的飞行时间均为T,不计重力影响。试求:

1时射入的带电粒子在两板间的偏转距离;

2)粒子射出电场时的速度;

3)若要使射出电场的粒子经某一垂直纸面的圆形有界匀强磁场偏转后,都能从圆形有界磁场边界上的同一个点射出,从而能便于再收集,则磁场区域的最小半径和相应的磁感强度是多大?

答案

1)当粒子由时刻进入电场,向下偏转距离为

       解得5分)

2)打出粒子的速度都是相同的,在沿电场线方向速度大小为

所以打出速度大小为

解得

设速度方向与的夹角为,则6分)

3)当粒子在时刻进入电场,向下偏转距离最大

当粒子由时刻进入电场,向上偏转距离最大

所以,在距离O中点下方至上方范围内有粒子打出。

所有粒子射出电场时的速度方向彼此平行,要使平行粒子能够交于圆形磁场区域边界且有最小区域时,磁场直径最小值与粒子宽度相等,粒子宽度,故磁场区域的最小半径为

粒子在磁场中作圆周运动

解得7分)

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