Question

平行金屬，板長(zhǎng)1.4米，兩板相距30厘米，兩板間

勻強(qiáng)磁場(chǎng)的B為1.3×10-3特斯拉，兩板間所加電壓

隨時(shí)間變化關(guān)系如29-1圖所示。當(dāng)t=0時(shí)，有一個(gè)a

粒子從左側(cè)兩板中央以V=4×103米/秒的速度垂直于磁

場(chǎng)方向射入，如29-2圖所示。不計(jì)a粒子的重力，求：

該粒子能否穿過(guò)金屬板間區(qū)域?若不能，打在何處?若能，              則需多長(zhǎng)時(shí)間? (已知a粒子電量q=3.2×10-19庫(kù)，質(zhì)量m=6.64×10-27千克)

Answer 1

(1) 粒子不會(huì)與金屬板相碰

(2) 面a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為：T=2πm/qB=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=1.0×10-4秒則在不加電壓的時(shí)間內(nèi)，a粒子恰好能在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周。當(dāng)兩板間又加上第2個(gè)周期和第3個(gè)周期的電壓時(shí)，a粒子將重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)。故經(jīng)13/4周期飛出板外(t=6.5×10-4秒)其運(yùn)動(dòng)軌跡如29-3圖所示。

解析:

在t=0到t=1×10-4秒時(shí)間內(nèi)，兩板間加有電壓，a粒子受到電場(chǎng)力和洛侖茲力分別為：F=qu/d=q×1.56/0.3=5.2q 方向豎直向下f=qBv=q×1.3×10-3×4×103=5.2q 方向豎直向上

因F=f，故做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其位移為△S=v△t=4×103×1×10-4=0.4米，在t=1×10-4秒到t=2×10-4秒時(shí)間內(nèi)，兩板間無(wú)電場(chǎng)，a粒子在洛侖茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌跡半徑為：r=mv/qB=(6.64×10-27×4×103)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=6.37×10-2米＜d/4所以粒子不會(huì)與金屬板相碰。面a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為：T=2πm/qB=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=1.0×10-4秒則在不加電壓的時(shí)間內(nèi)，a粒子恰好能在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周。當(dāng)兩板間又加上第2個(gè)周期和第3個(gè)周期的電壓時(shí)，a粒子將重復(fù)上述的運(yùn)動(dòng)。故經(jīng)13/4周期飛出板外(t=6.5×10-4秒)其運(yùn)動(dòng)軌跡如29-3圖所示。