Question

【題目】如圖所示，兩塊平行金屬極板MN水平放置，板長L＝1m，間距d＝m，在平行金屬板右側依次存在ABC和FGH兩個全等的正三角形區域，正三角形ABC內存在垂直紙面向里的勻強磁場B1，三角形的上頂點A與上金屬板M平齊，BC邊與金屬板平行，AB邊的中點P恰好在下金屬板N的右端點；正三角形FGH內存在垂直紙面向外的勻強磁場B2，已知A、F、G處于同一水平線上，B、C、H也處于同一直線上，AF兩點距離為m．現從平行金屬極板MN左端沿中心軸線方向入射一個重力不計的帶電粒子，由P點垂直AB邊進入磁場，磁感應強度，粒子質量m＝3×10－10kg，帶電量q＝＋1×10－4C，初速度v0＝1×105m/s．求：

（1）兩金屬板間電壓UMN？

（2）粒子從飛入電場到剛要進入磁場區域B2經過的時間

（3）接第（2）問，若要使帶電粒子由FH邊界進入FGH區域并能再次回到FH界面，求B2至少應為多大？

Answer 1

【答案】(1)UMN=104V (2) (3)

【解析】

(1)設帶電粒子在電場中做類平拋運動的時間為t，加速度為a，

豎直方向的速度為

因為粒子垂直AB邊進入磁場，設速度v與水平方向夾角θ=30°，則

聯立上式得UMN=104V

(2)粒子射入磁場時速度為：

帶電粒子出電場時豎直方向的偏轉的位移

粒子在磁場ABC區域內做圓周運動的半徑為

由幾何關系可知粒子在磁場中以A點為圓心做圓周運動，垂直AC邊穿出磁場區域

在磁場B1內運動時間

，

穿出磁場后做勻速直線運動，根據幾何關系

則粒子從飛入電場到剛要進入磁場區域B2經過的時間

(3)分析知當軌跡與邊界GH相切時，對應磁感應強度B2最大，運動軌跡如圖所示：

由幾何關系得：

故半徑

又

故

所以B2應滿足的條件為大于。