Question

【題目】如圖所示，在坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一粒子源，能向四周均勻發(fā)射速度大小相等、方向都平行于紙面的帶正電粒子。在O點(diǎn)右側(cè)有一半徑為R的圓形薄板，薄板中心O′位于x軸上，且與x軸垂直放置，薄板的兩端M、N與原點(diǎn)O正好構(gòu)成等腰直角三角形。已知帶電粒子的質(zhì)量為m，帶電量為q，速率為v，重力不計(jì)。

(1)要使y軸右側(cè)所有運(yùn)動的粒子都能打到薄板MN上，在y軸右側(cè)加一平行于x軸的勻強(qiáng)電場，則場強(qiáng)的最小值E0為多大？在電場強(qiáng)度為E0時，打到板上的粒子動能為多大？

(2)要使薄板右側(cè)的MN連線上都有粒子打到，可在整個空間加一方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度不能超過多少(用m、v、q、R表示)？若滿足此條件，從O點(diǎn)發(fā)射出的所有帶電粒子中有幾分之幾能打在板的左邊？

Answer 1

【答案】（1）E0=，Ek=；（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度不能超過，

【解析】（1）由題意知，要使y軸右側(cè)所有運(yùn)動粒子都能打在 MN板上，其臨界條件為：沿y軸方向運(yùn)動的粒子作類平拋運(yùn)動，且落在M或N點(diǎn)。

沿y軸方向，R=vt （1分）

沿x軸方向，R=at2（1分）

加速度 a=（1分）

解得E0=（2分）

由動能定理知qE0R=Ek－（2分）

解得Ek=（1分）

（2）加勻強(qiáng)磁場后，粒子沿逆時針方向做勻速圓周運(yùn)動，當(dāng)軌跡以O′為圓心同時過M、N兩點(diǎn)時，軌跡直徑最小（如圖所示），且等于MN，即軌跡半徑r=R，（3分）

由牛頓第二定律得（2分）

解得 B=（2分）

即磁感應(yīng)強(qiáng)度不能超過。

從O點(diǎn)向第四象限發(fā)射出的粒子均能打在MN板的左側(cè)，占發(fā)射粒子總數(shù)的。（3分）