如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m、電量為e的靜止質(zhì)子,經(jīng)電壓為U的電場(chǎng)加速后,射入與其運(yùn)動(dòng)方向一致的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)MN區(qū)域內(nèi)。在MN內(nèi),有n塊互成直角、長(zhǎng)為L的硬質(zhì)塑料板(不導(dǎo)電,寬度很窄,厚度不計(jì))。
⑴求質(zhì)子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v0;
⑵若質(zhì)子進(jìn)入磁場(chǎng)后與每塊塑料板碰撞后均沒(méi)有能量損失,求質(zhì)子穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域所需的時(shí)間t;
⑴根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律
得
⑵質(zhì)子打到第一塊板上后速度與原速度方向垂直,由于沒(méi)有能量損失,仍以大小為v0的速度垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。顯然,質(zhì)子將以半徑R在垂直于磁場(chǎng)的平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)一周后打到第一塊板的下部。由于不計(jì)板的厚度,所以質(zhì)子從第一次打到板后第二次打到板運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為質(zhì)子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間,即一個(gè)周期T
根據(jù)牛頓定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,
得
質(zhì)子在磁場(chǎng)中共碰到n塊板,做圓周運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間為
質(zhì)子進(jìn)入磁場(chǎng)中,在v0方向的總位移s=nLsin45°,時(shí)間為
則t=t1+t2=
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