Question

【題目】如圖，為一除塵裝置的截面圖，塑料平板M.N的長(zhǎng)度及它們間距離均為d．大量均勻分布的帶電塵埃以相同的速度vo進(jìn)入兩板間，速度方向與板平行，每顆塵埃的質(zhì)量均為m，帶電量均為-q．當(dāng)兩板間同時(shí)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和垂直板向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，塵埃恰好勻速穿過(guò)兩板間；若撤去板間電場(chǎng)，并保持板間磁場(chǎng)不變，塵埃恰好全部被平板吸附，即除塵效率為100%；若撤去兩板間電場(chǎng)和磁場(chǎng)，建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系xoy，y軸垂直于板并緊靠板右端，x軸與兩板中軸線共線，要把塵埃全部收集到位于P(2d，-1.5d)處的條狀容器中，需在y軸右側(cè)加一垂直于紙面向里的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域．塵埃顆粒重力、顆粒間作用及對(duì)板間電場(chǎng)磁場(chǎng)的影響均不計(jì)，求：

(1)兩板間磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi的大小；

(2)若撤去板間磁場(chǎng)，保持板間勻強(qiáng)電場(chǎng)不變，除塵效率為多少；

(3)y軸右側(cè)所加圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度B2大小的取值范圍．

Answer 1

【答案】（1）；（2）除塵效率為；（3）

【解析】

（1）沿N極板射入的塵埃恰好不從極板射出時(shí)塵埃的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，

由幾何知識(shí)可知，塵埃在磁場(chǎng)中的半徑：r=d，

塵埃在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，

由牛頓第二定律得：,解得：;

（2）電場(chǎng)、磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí),塵埃勻速直線,滿足：，

撤去磁場(chǎng)以后粒子在電場(chǎng)作用下平拋，假設(shè)距離N極板y的粒子恰好離開(kāi)電場(chǎng)：

水平方向：

豎直方向：

加速度：

解得：

當(dāng)時(shí)，時(shí)間更長(zhǎng)，水平位移，即0.5d到d這段距離的粒子會(huì)射出電場(chǎng)，則從平行金屬板出射的塵埃占總數(shù)的百分比：；

（3）設(shè)圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑為R0,塵埃顆粒在圓形磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2，要把塵埃全部收集到位于P處的條狀容器中，就必須滿足

另

如圖，當(dāng)圓形磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)P點(diǎn)且與M板的延長(zhǎng)線相切時(shí)，圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑R0最小，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2最大，有

解得：

如圖，當(dāng)圓形磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)P點(diǎn)且與y軸在M板的右端相切時(shí)，圓形磁場(chǎng)區(qū)域的半徑R0最大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2最小，有

解得：

所以圓形磁場(chǎng)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小須滿足的條件為

．