如圖,真空中有一個平行板電容器,極板長L0=10cm,間距d= cm,兩極板接在電壓u=200sin(100πt )V的交流電源上,在平行板電容器右端L1=20cm處有一個范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=×10-2T.一束帶正電的粒子以v0= ×105m/s的速度沿著兩極板的中軸線飛入電場,粒子的比荷q/m=1×108C/kg,不計粒子的重力.問:
(1)何時飛入的粒子在電場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?這樣的粒子進(jìn)入磁場的深度多大?
(2)何時飛入的粒子在離開電場時偏轉(zhuǎn)最大?這樣的粒子進(jìn)入磁場的深度多大?
(3)第(2)問中的粒子從飛入電場到離開磁場經(jīng)過的總時間為多大?
解析:(1)粒子飛越電場的時間t0= L0/ v0 t0=(/3) ×10-6s T=0.02s t0<< T
所以,每個粒子飛越電場的過程中,可以認(rèn)為此時的電場是恒定的,要在電場中不偏轉(zhuǎn),條件是u=0 即 100πt=nπ n=0、1、2、3…
所以進(jìn)入的時刻為:t=n/100s
或 t1=0、10-2 s、2×10-2 s、3×10-2 s、4×10-2s...
在磁場中有B v0q=m v02/R R= m v0/Bq R=0.1m 即深度
(2)粒子飛越電場的最大偏轉(zhuǎn)距離最多為d/2 假設(shè)這時的電壓為U0
= U0 = 代入得:U0=100V
由100=200sin100пt 并考慮到對稱性可得:t=
或 t2=×10-2 s、(1)×10-2 s、(2)×10-2 s、(3)×10-2 s、...
粒子的出射角度tan== tan= =300
出射速度v= R/ = R/=cm
打入深度D= R/(1+sin) D=10cm
考慮到向上偏轉(zhuǎn)的情況,打入深度D’= R’ (1-sin)
D’= cm
(3)在電場和磁場之間飛行時間t3= t3=×10-6s 在磁場中的飛行時間
t4=2T/3 T= t4= t總= t0+t3+t4=(1+)×10-6s
考慮到向上偏轉(zhuǎn)的情況,在磁場中的飛行時間t5 =T/3
t’總= t0+t3+t5=(1+)×10-6s
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(1)何時飛入的粒子在電場中幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?這樣的粒子進(jìn)入磁場的深度為多大?
(2)何時飛入的粒子在離開電場時偏轉(zhuǎn)最大?這樣的粒子進(jìn)入磁場的深度為多大?
(3)第(2)問中的粒子從飛入電場到離開磁場經(jīng)過的總時間為多少?
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