Question

【題目】如圖所示，在xOy平面內(nèi)，以O(shè)1(0，R)為圓心、R為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1，x軸下方有一直線ab，ab與x軸相距為d，x軸與直線ab間區(qū)域有平行于y軸的勻強(qiáng)電場(chǎng)E，在ab的下方有一平行于x軸的感光板MN，ab與MN間區(qū)域有垂直于紙平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2.

在0≤y≤2R的區(qū)域內(nèi)，質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從任何位置從圓形區(qū)域的左側(cè)沿x軸正方向以速度v0射入圓形區(qū)域，經(jīng)過磁場(chǎng)B1偏轉(zhuǎn)后都經(jīng)過O點(diǎn)，然后進(jìn)入x軸下方．已知x軸與直線ab間勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小E＝，ab與MN間磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2＝.不計(jì)電子重力．

(1)求圓形區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大�。�

(2)若要求從所有不同位置出發(fā)的電子都不能打在感光板MN上，MN與ab板間的最小距離h1是多大？

(3)若要求從所有不同位置出發(fā)的電子都能打在感光板MN上，MN與ab板間的最大距離h2是多大？當(dāng)MN與ab板間的距離最大時(shí)，電子從O點(diǎn)到MN板，運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)是多少？

Answer 1

【答案】(1) (2)3d (3)d ＋

【解析】(1)所有電子射入圓形區(qū)域后做圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑大小相等，設(shè)為r，當(dāng)電子從位置y＝R處射入的電子經(jīng)過O點(diǎn)進(jìn)入x軸下方，則r＝R

ev0B1＝m，解得B1＝

(2)設(shè)電子經(jīng)電場(chǎng)加速后到達(dá)ab時(shí)速度大小為v，電子在ab與MN間磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)軌道半徑為r，沿x軸負(fù)方向射入電場(chǎng)的電子離開電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與水平方向成θ角，則eEd＝mv2－mv

r1＝

cosθ＝

如果電子在O點(diǎn)以速度v0沿x軸負(fù)方向射入電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，不能打在感光板上，則所有電子都不能打在感光板上．恰好不能打在感光板上的電子在磁場(chǎng)中的圓軌道圓心為O2如圖，則

感光板與ab間的最小距離h1＝r1＋r1cosθ

解得v＝2v0，r1＝2d，θ＝60°，h1＝3d

(3)如果電子在O點(diǎn)沿x軸正方向射入電場(chǎng)，經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，能打在感光板上，則所有電子都能打在感光板上．恰好能打在感光板上的電子在磁場(chǎng)中的圓軌道圓心為O3，如圖，感光板與ab間的最大距離

h2＝r1－r1cosθ

解得h2＝d

當(dāng)感光板與ab間的距離最大為h2＝d時(shí)，所有從O點(diǎn)到MN板的電子中，沿x軸正方向射入電場(chǎng)的電子，運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)．設(shè)該電子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度為a，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1，在磁場(chǎng)B2中運(yùn)動(dòng)周期為T，時(shí)間為t2，則

a＝，d＝at

T＝，t2＝T

運(yùn)動(dòng)最長(zhǎng)時(shí)間tm＝t1＋t2

解得T＝，t1＝，t2＝

tm＝＋