Question

如圖所示，M、N是豎直正對放置的兩個平行金屬板，S₁、S₂是M、N板上的兩個小孔；N板的右側(cè)有一個在豎直面內(nèi)，以O(shè)為圓心的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強磁場，另有一個同樣以O(shè)為圓心的半圓形熒光屏AO’C；已知S₁、S₂、O和熒光屏的中間位置O’在同一直線上，且AC⊥S₁O’．當在M、N板間加恒定電壓U時，一帶正電離子在S₁處由靜止開始加速向S₂孔運動，最后打在圖示的熒光屏上的P處，∠COP=30°．若要讓上述帶電離子（不計重力）仍在S₁處靜止開始加速，最后打在圖示的熒光屏下邊緣C處，求M、N板間所加電壓的大小．

Answer 1

設(shè)離子的質(zhì)量為m、電荷量為q，磁場的磁感應(yīng)強度為B、所在區(qū)域的半徑為R，離子加速后獲得的速度為v


當電壓為U時，由動能定理有 qU=

1

2

mv2  ①
在磁場中，離子做勻速圓周運動（見右圖）
由牛頓第二定律可知 qvB=m

v2

r

②
由①②式得 U=

r2B2q

2m

③
其中，r=Rtan60°=

3

R ④
當電壓為U′時，離子打在C處
同理有U′=

r′2B2q

2m

⑤
其中，r′=R ⑥
由③④⑤⑥可解得U′=

1

3

U
答：M、N板間所加電壓的大小為

1

3

U．