Question

【題目】如圖甲所示，在兩塊長為L、間距為L、水平固定的平行金屬板之間，存在方向垂直紙面向外的勻強磁場。現(xiàn)將下板接地，讓質量為m、電荷量為q的帶正電粒子流從兩板左端連線的中點O以初速度v0水平向右射入板間，粒子恰好打到下板的中點。若撤去平行板間的磁場，使上板的電勢隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，則t＝0時刻，從0點射入的粒子P經(jīng)時間（未知量）恰好從下板右邊緣射出。設粒子打到板上均被板吸收，粒子的重力及粒子間的作用力均不計。

（1）求兩板間磁場的磁感應強度大小B。

（2）若兩板右側存在一定寬度的、方向垂直紙面向里的勻強磁場，為了使t＝0時刻射入的粒子P經(jīng)過右側磁場偏轉后在電場變化的第一個周期內(nèi)能夠回到0點，求右側磁場的寬度d應滿足的條件和電場周期T的最小值Tmin。

Answer 1

【答案】（1） （2） ；

【解析】（1）設粒子在兩板間做勻速圓周運動的半徑為R1．由洛倫茲力提供向心力有：

根據(jù)幾何關系有：

解得：

（2）粒子P從O點運動到下板右邊緣的過程，有：

解得：

設合速度為v．與豎直方向的夾角為，則tan＝，即

粒子P在兩板的右側勻強磁場中做勻速圓周運動，設做圓周運動的半徑為R2，有：

解得：

右側磁場沿初速度方向的寬度成滿足的條件為：

由于粒子P從O點運動到下板右邊緣的過程與從上板右邊緣運動到0點的過程，運動軌跡關于兩板間的中心線是上下對稱的，這兩個運動過程經(jīng)歷的時間相等。有：

解得：