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如图11-11(a)所示,两块水平放置的平行金属板A、B,板长L=18.5 cm,两板间距d=3 cm,两板之间有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=6.0×10-2 T,两板加上如图(b)所示的周期性变化的电压,带电时A板带正电.当t=0时,有一个质量m=1.0×10-12 kg,带电荷量q=1.0×10-6 C的粒子,以速度v=600 m/s,从距A板 2.5 cm处,沿垂直于磁场、平行于两板的方向射入两板之间,若不计粒子的重力,取π=3.0,求:

1. 粒子在0~1×10-4 s内做怎样的运动?位移多大?

2. 带电粒子从射入到射出板间所用的时间.

图11-11

 

答案

匀速直线运动,6 cm;5.08×10-4 s.


解析:

1.  F=q=1.0×10-6× N=3.6×10-5 N   FqvB=3.6× 10-5 N

因为F=F=3.6×10-5 N ,所以粒子在第一个t0=1.0×10-4 s时间内做匀速直线运动,其位移svt0=600×10-4 m=0.06 m=6 cm .

2. 在第二个t0时间内,由于U=0,粒子做匀速圆周运动,根据Bqv=m

其周期T为:T==1×10-4 s,恰好等于t0,在一个周期内恰好回到圆周运动的起点.

其轨道半径R== 0.01 m=1.0 cm,直径是2.0cm,小于射入方向到A板的距离,所以粒子不会碰到A板.

由此可以判断粒子在第一个t0内作匀速直线运动,在第二个t0内作匀速圆周运动,如此往复,经过5个t0,粒子向前18 cm,还有s/= 0.5 cm才能射出两板,如图所示:

粒子经过5t0后做匀速圆周运动的圆心角为θ,则

sinθ===,所以θ=30°,总时间t=5 t0+=5.08×10-4 s .

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