Question

如圖甲所示，偏轉電場的兩個平行極板水平放置，板長L=0.08m，板距足夠大，兩板的右側有水平寬度l=0.06m、豎直寬度足夠大的有界勻強磁場．一個比荷為q/m=5×10⁷ C/kg的粒子（其重力不計）以v₀=80m/s速度從兩板中間沿與板平行的方向射入偏轉電場，進入偏轉電場時，偏轉電場的場強恰好按圖乙開始隨時間發生變化，粒子離開偏轉電場后進入勻強磁場，最終垂直右邊界射出．求：
（1）粒子在磁場中運動的速率v；
（2）粒子在磁場中運動的軌道半徑R；
（3）磁場的磁感應強度B；

Answer 1

（1）電子在偏轉電場中的運動時間


  t=

l

v0

=

0.08

80

s=1.00×10^-3 s     ①
對比乙圖，電子在極板間的時間是偏轉電壓的一個周期
第一個t=5.00×10^-4 s內，電子做類平拋運動，則有
 v_⊥=

qE

m

t═60 m/s  ②
故v=

v 20 + v 2⊥

=

802+602

m/s=1.0×10² m/s ③
（2）電子在磁場中的軌跡如圖所示．由題粒子進入勻強磁場，最終垂直右邊界射出，由幾何知識得知，粒子在磁場中的偏向角等于在電場中的偏向角，設此偏向角為θ．
設電子在磁場中做圓周運動的半徑為R．
電子離開電場時，有 sinθ=

v⊥

v

在磁場中，有sinθ=

l

R

∴

l

R

=

v⊥

v

  ④
得  R=

v

v⊥

l=

100

60

×0.06m=0.1 m ⑤
（3）粒子在磁場中做勻速圓周運動，有 qvB=m

v2

R

⑥
得B=

mv

qR

=

100

5×107×0.1

T=2.0×10^-5 T    ⑦
答：
（1）粒子在磁場中運動的速率v是1.0×10² m/s；
（2）粒子在磁場中運動的軌道半徑R是0.1m；
（3）磁場的磁感應強度B是2.0×10^-5 T．