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如圖10所示,在真空中,半徑為R的圓形區(qū)域內存在勻強磁場,磁場方向垂直紙面向外,在磁場右側有一對平行金屬板M和N,兩板間距離為R,板長為2R,板的中心線O1O2與磁場的圓心O在同一直線上,有一電荷量為q,質量為m的帶正電的粒子,以速度v0從圓周上的a點沿垂直于半徑OO1并指向圓心O的方向進入磁場,當從圓周上的O1點飛出磁場時,給M、N板加上如圖b所示電壓,最后粒子剛好以平行于N板的速度,從N板的邊緣飛出(不計粒子重力).

(1)求磁場的磁感應強度B;

(2)求交變電壓的周期T和電壓U0的值;

(3)若t=時,該粒子從MN板右側沿板的中心線,仍以速度v0射入M、N之間,求粒子從磁場中射出的點到a點的距離.

圖10

解析:(1)粒子自a點進入磁場,從O1點水平飛出磁場,運動的軌道半徑為R,

則qBv0 =,B=

(2)粒子自O1點進入電場,最后恰好從N板的邊緣平行極板飛出,設運動的時間為t,則

2R=v0t  ① 

  ② 

 t=nT(n,1,2……)  ③ 

解得:T=(n,1,2,……)  ④

(3)當t=時,粒子以速度v0沿O2O1射入電場時,則該粒子恰好從M板邊緣以平行于極板的速度射入磁場,進入磁場的速度仍為v0,運動的軌道半徑為R,設進入磁場時的點為b,離開磁場時的點為c,圓心為O3,如圖所示,四邊形ObO3c是菱形,所以,Oc∥O3b,所以c、O、a三點共線,即為圓的直徑.即c、a間的直徑距離d=2R.

答案:(1)B=  (2)T=   U0=(n=1,2,…)  (3)2R


練習冊系列答案
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如圖甲所示,在真空中足夠大的絕緣水平地面上,一個質量為m=0.2kg、帶電荷量為q=+2.0×10-6 C的小物塊處于靜止狀態(tài),小物塊與地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.1.從t=0時刻開始,空間加上一個如圖乙所示的場強大小和方向呈周期性變化的電場(取水平向右的方向為正方向,g取10m/s2)求:
(1)23秒內小物塊的位移大;
(2)23秒內電場力對小物塊所做的功.

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