Question

如圖甲所示，偏轉(zhuǎn)電場的兩個平行極板水平放置，板長L=0.08m，板間距足夠大，兩板的右側(cè)有水平寬度l=0.06m、豎直寬度足夠大的有界勻強(qiáng)磁場．一個比荷為的帶負(fù)電粒子以速度v=8×10⁵m/s從兩板中間沿與板平行的方向射人偏轉(zhuǎn)電場，若從該粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時開始計時，板間場強(qiáng)恰好按圖乙所示的規(guī)律變化，粒子離開偏轉(zhuǎn)電場后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場并最終垂直磁場右邊界射出．不計粒子重力，求：
（1）粒子在磁場中運(yùn)動的速率v；
（2）粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑R和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B．

Answer 1

【答案】分析：（1）電子在兩個平行極板間，水平方向做勻速直線運(yùn)動，先算出電子在極板間運(yùn)動的時間，恰好等于偏轉(zhuǎn)電場的一個周期，可知電子先在電場力作用做類平拋運(yùn)動，后沒有電場做勻速直線運(yùn)動，由牛頓第二定律和運(yùn)動學(xué)公式結(jié)合求出帶電粒子進(jìn)入磁場時的速度；
（2）粒子在磁場中，由洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動，畫出粒子運(yùn)動軌跡，根據(jù)幾何知識求出軌道半徑，由牛頓第二定律求解磁感應(yīng)強(qiáng)度B．
解答：解：（1）根據(jù)題意，電子在偏轉(zhuǎn)電場中的運(yùn)動時間：
  …①
對比乙圖可知，電子在極板間運(yùn)動的時間是偏轉(zhuǎn)電場的一個周期．…②
在第一個t=5×l0^-8s時間內(nèi)，電子在垂直于極板方向上做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動，有：
  qE=ma…③
  v_⊥=at…④
在第二個t=5×l0^-8s時間內(nèi)，電子做勻速直線運(yùn)動，帶電粒子進(jìn)入磁場時的速度為：…⑤
聯(lián)解①③④⑤得：v=1×10⁶m/s…⑥
（2）電子在磁場中，由洛倫茲力提供向心力做勻速圓周運(yùn)動，作出電子在磁場中的軌跡如圖所示；…⑦
設(shè)帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑為R，由幾何關(guān)系有：…⑧
粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律有：…⑨
聯(lián)解⑦⑧得：
R=0.1m…⑩
B=0.2T…（11）
答：（1）粒子在磁場中運(yùn)動的速率v是1×10⁶m/s；
（2）粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑R是0.1m，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是0.2T．
點評：本題中電子做類平拋運(yùn)動時，運(yùn)用運(yùn)動的合成與分解法研究，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動時，關(guān)鍵是根據(jù)幾何知識確定磁場中偏向角與電場中偏向角關(guān)系，