Question

如圖所示，在以O為圓心，半徑為R=10cm的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個水平方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.10T，方向垂直紙面向外。豎直平行放置的兩金屬板A、K相距為d=20mm，連在如圖所示的電路中。電源電動勢E=91V，內(nèi)阻r=1.0Ω，定值電阻R₁=10Ω，滑動變阻器R₂的最大阻值為80Ω，S₁、S₂為A、K板上的兩個小孔，且S₁、S₂跟O在豎直極板的同一直線上，OS₂=2R，另有一水平放置的足夠長的熒光屏D，O點跟熒光屏D點之間的距離為H=2R。比荷為2.0×10⁵C/kg的正離子流由S₁進(jìn)入電場后，通過S₂向磁場中心射去，通過磁場后落到熒光屏D上。離子進(jìn)入電場的初速度、重力、離子之間的作用力均可忽略不計。問：
⑴請分段描述正離子自S₁到熒光屏D的運(yùn)動情況。
⑵如果正離子垂直打在熒光屏上，電壓表的示數(shù)多大？
⑶調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P的位置，正離子到達(dá)熒光屏的最大范圍多大？

Answer 1

⑴正離子在兩金屬板間做初速為零的勻加速直線運(yùn)動，離開電場進(jìn)入磁場前做勻速直線運(yùn)動，進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動，離開磁場后做勻速直線運(yùn)動，直到打在熒光屏上。⑵30V（提示：見下左圖，離子在磁場中偏轉(zhuǎn)90°，因此軌跡半徑r=R=10cm，而，可得U。）⑶40cm（提示：見下右圖，當(dāng)滑動變阻器滑動頭在左端時，U₁=10V，由可得r₁=10cm，偏轉(zhuǎn)角θ₁=120°，打在熒光屏上的M點處，MO´=H/=20cm；當(dāng)滑動變阻器滑動頭在右端時，U₂=90V，由可得r₂=30cm，偏轉(zhuǎn)角θ₂=60°，打在熒光屏上的N點處， O´N=H/=20cm。）