Question

(2010年高考廣東理綜卷)如圖甲所示，左為某同學(xué)設(shè)想的粒子速度選擇裝置，由水平轉(zhuǎn)軸及兩個(gè)薄盤N₁、N₂構(gòu)成，兩盤面平行且與轉(zhuǎn)軸垂直，相距為L，盤上各開一狹縫，兩狹縫夾角θ可調(diào)(如圖乙)；右為水平放置的長為d的感光板，板的正上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N₁，能通過N₂的粒子經(jīng)O點(diǎn)垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，O到感光板的距離為，粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，不計(jì)重力．

(1)若兩狹縫平行且盤靜止(如圖丙)，某一粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，豎直向下打在感光板中心點(diǎn)M上，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；

(2)若兩狹縫夾角為θ₀，盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖乙，要使穿過N₁、N₂的粒子均打到感光板P₁P₂連線上，試分析盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω的取值范圍．(設(shè)通過N₁的所有粒子在盤旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá)N₂)

 

Answer 1

【答案】

(1) 　(2) ≤ω≤

【解析】(1)粒子運(yùn)動(dòng)的半徑為

R＝                                                      ①

由牛頓第二定律

qvB＝m                                               ②

勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期

 

T＝                                                 ③

粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

t＝＝.                                          ④

 

(2)如圖所示，設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)臨界半徑分別為R₁和R₂

R₁＝                                                     ⑤

d²＋(R₂－)²＝R2₂

R₂＝d                                                   ⑥

設(shè)粒子臨界速度分別為v₁和v₂，

由②⑤⑥式，得

v₁＝                                                 ⑦

v₂＝                                               ⑧

若粒子通過兩轉(zhuǎn)盤，由題設(shè)可知

＝                                                   ⑨

聯(lián)立⑦⑧⑨，得對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速分別為

ω₁＝

ω₂＝

粒子要打在感光板上，需滿足條件

≤ω≤.