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如图所示,粒子源S可以不断地产生质量为、电荷量为的粒子(重力不计),粒子从孔漂进(初速不计)一个水平方向的加速电场,再经小孔进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域,电场强度大小为,磁感应强度大小为,方向如图.虚线PQ、MN之间存在着水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为(图中未画出).有一块折成直角的硬质塑料板abc(不带电,宽度很窄,厚度不计)放置在PQ、MN之间(截面图如图),两点恰在分别位于PQ、MN上,,现使粒子能沿图中虚线进入PQ、MN之间的区域,求:

(1)求加速电压

(2)假设粒子与硬质塑料板相碰后,速度大小不变,方向变化遵守光的反射定律,粒子在PQ、MN之间的区域中运动的时间和路程分别是多少?

答案

(1)

(2)


解析:

(1)粒子源发出的粒子,进入加速电场被加速,速度为,根据能的转化和守恒定律得:…………①

要使粒子能沿图中虚线进入PQ、MN之间的区域,则粒子所受到向上的洛伦兹力与向下的电场力大小相等,,解得:…………②

将②式代入①式,得…………③

(2)粒子从以速度进入PQ、MN之间的区域,先做匀速直线运动,打到ab板上,以大小为的速度垂直于磁场方向运动。粒子将以半径在垂直于磁场的平面内作匀速圆周运动,转动一周后打到ab板的下部,由于不计板的厚度,所以质子从第一次打到ab板到第二次打到ab板后运动的时间为粒子在磁场运动一周的时间,即一个周期

和运动学公式,解得:

粒子在磁场中共碰到2块板,做圆周运动所需的时间为

粒子进入磁场中,在方向的总位移,时间为

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