Question

3．如圖所示，小孔S₁、S₂與a在同一直線上且垂直于磁場邊界，現(xiàn)有一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從小孔S₁無初速度的進入加速電場，加速后經(jīng)a點垂直磁場方向射入磁感應強度為B的有界勻強磁場中，從磁場邊界b點射出，其速度方向與入射方向成θ=30°角，已知磁場寬度為L，不計粒子重力．求：
（1）粒子在勻強磁場中運動的速率v；
（2）加速電場兩極板間的電勢差U．

Answer 1

分析 （1）粒子在磁場中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律可以求出粒子的速率．
（2）結(jié)合粒子在勻強磁場中運動的速率v，由動能定理可以求出加速電場的電勢差．

解答 解：（1）根據(jù)洛倫茲力提供向心力：qvB=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，可得：R=$\frac{mv}{qB}$①
根據(jù)幾何關(guān)系可得：R=$\frac{L}{sin30°}$=2L ②
聯(lián)立①②式可得：$v=\frac{qBr}{m}=\frac{2qBL}{m}$③
（2）加速電場兩極板間的電勢差U．
利用動能定理可得：$qU=\frac{1}{2}m{v^2}$④
聯(lián)立③④式子可得：U=$\frac{m{v}^{2}}{2q}$=$\frac{2q{B}^{2}{L}^{2}}{2q}$
答：（1）粒子在勻強磁場中運動的速率v為$\frac{2qBL}{m}$；
（2）加速電場兩極板間的電勢差U為$\frac{2q{B}^{2}{L}^{2}}{2q}$．

點評 本題考查了求粒子速率、加速電勢差，分析清楚粒子運動過程、應用牛頓第二定律、動能定理即可正確解題．