Question

如图所示，一带电微粒质量为m=2.0×10^﹣11kg、电荷量q=+1.0×10^﹣5C，从静止开始经电压为U₁=100V的电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，微粒射出电场时的偏转角θ=60°，并接着沿半径方向进入一个垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，微粒射出磁场时的偏转角也为θ=60°．已知偏转电场中金属板长L=2cm，圆形匀强磁场的半径R=10cm，重力忽略不计．求：

（1）带电微粒经U₁=100V的电场加速后的速率；

（2）两金属板间偏转电场的电场强度E；

（3）匀强磁场的磁感应强度的大小．

Answer

（1）1.0×104m/s；

（2）10000V/m；

（3）0.13T．

【解析】

试题分析：（1）根据动能定理求解带电微粒经U1=100V的电场加速后的速率；

（2）带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，做类平抛运动，运用运动的分解法研究：在水平方向微粒做匀速直线运动，在竖直方向做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解电场强度．

（2）带电微粒进入磁场后做匀速圆周运动，轨迹对应的圆心角就等于速度的偏向角，作出轨迹，得到轨迹的圆心角，由几何知识求出轨迹半径，由牛顿第二定律求解磁感应强度的大小．

【解析】
（1）带电微粒经加速电场加速后速度为v1，

根据动能定理：qU1=

得：v1==1.0×104m/s

（2）带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，做类平抛运动．在水平方向微粒做匀速直线运动．

水平方向：v1=

带电微粒在竖直方向做匀加速直线运动，加速度为a，出电场时竖直方向速度为v2

竖直方向：a=

v2=at

由几何关系：tanθ=，联立得 tanθ=

由题θ=60°

解得：E=10000V/m．

（3）设带电粒子进磁场时的速度大小为v，则：=2×104m/s

由粒子运动的对称性可知，入射速度方向过磁场区域圆心，则出射速度反向延长线过磁场区域圆心，粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，则轨迹半径为：r=Rtan60°=0.3m

由：qvB=m

得：B==0.13T

答：

（1）带电微粒经U1=100V的电场加速后的速率是1.0×104m/s；

（2）两金属板间偏转电场的电场强度E是10000V/m；

（3）匀强磁场的磁感应强度的大小是0.13T．

【点评】本题的难点是作出粒子的运动轨迹，根据几何知识得到轨迹半径与磁场边界半径的关系．