Question

【題目】如圖甲所示，有一磁感應強度大小為B、垂直紙面向外的勻強磁場，磁場邊界OP與水平方向夾角為45°，緊靠磁場右上邊界放置長為L，間距為d的平行金屬板M、N，磁場邊界上的O點與N板在同一水平面上，O1、O2是電場左右邊界中點．在兩板間存在如圖乙所示的交變電場（取豎直向下為正方向）．某時刻從O點豎直向上同時發射兩個相同的粒子a和b，質量為m，電量為+q，初速度不同．粒子a在圖乙中的t=時刻，從O1點水平進入板間電場運動，由電場中的O2點射出．粒子b恰好從M板左端進入電場．（不計粒子重力和粒子間相互作用，電場周期T未知）

求：（1）粒子a、b從磁場邊界射出時的速度va、vb；

（2）粒子a從O點進入磁場到射出O2點運動的總時間；

（3）如果交變電場的周期，要使粒子b能夠穿出板間電場，求這電場強度大小E0滿足的條件．

Answer 1

【答案】(1) (2) (3)

【解析】(1)如圖所示，粒子a、b在磁場中均速轉過90°，平行于金屬板進入電場．

由幾何關系可得： ，rb=d ①

由牛頓第二定律可得 ②

③

解得： ,

(2)粒子a在磁場中運動軌跡如圖

在磁場中運動周期為： ④

在磁場中運動時間： ⑤

粒子在電磁場邊界之間運動時，水平方向做勻速直線運動，所用時間為 ⑥

由④⑤⑥則全程所用時間為：

(3)粒子在磁場中運動的時間相同，a、b同時離開Ⅰ磁場，a比b進入電場落后時間 ⑦

故粒子b在t=0時刻進入電場．

由于粒子a在電場中從O2射出，在電場中豎直方向位移為0，故a在板間運動的時間ta是周期的整數倍，由于vb=2va，b在電場中運動的時間是，可見b在電場中運動的時間是半個周期的整數倍即 ⑧

⑨

粒子b在內豎直方向的位移為 ⑩

粒子在電場中的加速度

由題知

粒子b能穿出板間電場應滿足ny≤d

解得