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如图甲所示,两平行金属板间接有如图乙所示的随时间t变化的交流电压u,金属板间电场可看做均匀、且两板外无电场,板长L=0.2m,板间距离d=0.1m,在金属板右侧有一边界为MN的区域足够大的匀强磁场,MN与两板中线OO′ 垂直,磁感应强度 B=5×103T,方向垂直纸面向里。现有带正电的粒子流沿两板中线OO′连续射入电场中,已知每个粒子的速度v0=105m/s,比荷=108C/kg,重力忽略不计,在每个粒子通过电场区域的极短时间内,电场可视为恒定不变。求:

(1)带电粒子刚好从极板边缘射出时两金属板间的电压;

(2)带电粒子进入磁场时粒子最大速度的大小;

(3)证明:任意时刻从电场射出的带电粒子,进入磁场时在MN上的入射点和出磁场时在MN上的出射点间的距离为定值,并计算两点间的距离。

答案

(1)设带电粒子刚好从极板边缘射出电场时电压为U

            

      

                       

U =25V                         

  (2)带电粒子刚好从极板边缘射出电场时速度最大,设最大速度为vm,由动能定理

        

m/s                 

(3)设粒子进入磁场时速度方向与OO'的夹角为θ

则任意时刻粒子进入磁场的速度大小              

粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R

                                              

设带电粒子从磁场中飞出的位置与进入磁场的位置之间的距离为l

       

由上式可知,射出电场的任何一个带电粒子,进入磁场时的入射点与射出磁场时的出射点间距离为定值, lθ无关,与所加电压值无关     

两点间的距离为  l=0.4m                  


解析:

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