综合题16.0分
物理

如图甲所示,建立Oxy坐标系,两平行极板PQ垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,第一四象限有磁场,方向垂直于Oxy平面向里。位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连接发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0~3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极边缘的影响)。

已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场。上述mqlt0B为已知量。(不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况)

28.求电压U0的大小;

29.求时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径;

30.何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短?求此最短时间。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2,则有

    ①

Eq=ma    

l/2=at02/2   

联立以上①②③式,

解得:

考查方向

本题主要考查带电粒子在电场中运动及带电粒子在磁场中运动,涉及到的知识点有动能定理,匀变速曲线运动,圆周运动。

解题思路

t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动

2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。

易错点

正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动。

带电粒子沿x轴方向的分速度大小为v0=l/t0

带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为 ⑥

带电粒子离开电场时的速度大小为   ⑦

设带电粒子在磁场做匀速圆周运动半径为R,则有  ⑧

联立③⑤⑥⑦⑧式解得  ⑨

考查方向

本题主要考查带电粒子在电场中运动及带电粒子在磁场中运动,涉及到的知识点有动能定理,匀变速曲线运动,圆周运动。

解题思路

t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动

2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。

易错点

正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。

带电粒子离开磁场时沿y轴正方向的分速度为  ⑩,

设带电粒子离开电场时速度方向与y轴正方向的夹角为,则

联立③⑤⑩式解得,粒子在磁场中轨迹圆弧所对圆心角为

磁场中运动周期,(1分)最短时间, 即

考查方向

本题主要考查带电粒子在电场中运动及带电粒子在磁场中运动,涉及到的知识点有动能定理,匀变速曲线运动,圆周运动。

解题思路

t=0时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动,t0时刻刚好从极板边缘射出,在y轴负方向偏移的距离为l/2。t0/2时刻进入两极板的带电粒子,前t0/2时间在电场中偏转,后t0/2时间两极板没有电场,带电粒子做匀速直线运动

2t0时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短。

易错点

正确分析周期性变化的电场是解决本题的关键