Question

（18分）某學(xué)習(xí)小組為了研究影響帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的因素，制作了一個(gè)自動(dòng)控制裝置，如圖所示，滑片P可在R₂上滑動(dòng)，在以O(shè)為圓心，半徑為R=10cm的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)方向垂直紙面向外的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.10T。豎直平行放置的兩金屬板A、K相距為d，連接在電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E=91V，內(nèi)阻r=1.0Ω，定值電阻R₁=10Ω，滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值為80Ω，S₁、S₂為A、K板上的兩個(gè)小孔，且S₁、S₂跟O在豎直極板的同一直線上，OS₂=2R，另有一水平放置的足夠長(zhǎng)的熒光屏D，O點(diǎn)跟熒光屏D點(diǎn)之間的距離為H。比荷為2.0×10⁵C/kg的離子流由S₁進(jìn)入電場(chǎng)后，通過(guò)S₂向磁場(chǎng)中心射去，通過(guò)磁場(chǎng)后落到熒光屏D上。離子進(jìn)入電場(chǎng)的初速度、重力、離子之間的作用力均可忽略不計(jì)。問(wèn)：

（1）判斷離子的電性，并分段描述離子自S₁到熒光屏D的運(yùn)動(dòng)情況？
（2）如果離子恰好垂直打在熒光屏上的N點(diǎn)，電壓表的示數(shù)多大？
（3）電壓表的最小示數(shù)是多少？要使離子打在熒光屏N點(diǎn)的右側(cè)，可以采取哪些方法？

Answer 1

（1）正電，兩板之間加速，磁場(chǎng)中勻速圓周，磁場(chǎng)和電場(chǎng)外都是勻速直線運(yùn)動(dòng)（2）（3），方法一，向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，增大平行板間電壓；方法二，提高電源電動(dòng)勢(shì)，增大平行板間電壓；方法三，減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

解析試題分析：（1）（6分）粒子沒(méi)有初速度，進(jìn)電場(chǎng)后，電場(chǎng)線方向向右，而粒子在電場(chǎng)力作用下向右運(yùn)動(dòng)，所以粒子帶正電…………2分
離子在兩金屬板間在電場(chǎng)力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)…………1分
離開(kāi)電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)前不受力做勻速直線運(yùn)動(dòng)…………1分
在磁場(chǎng)中受洛倫茲力與速度垂直做勻速圓周運(yùn)動(dòng)          …………1分
離開(kāi)磁場(chǎng)后不受力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，直到打在熒光屏上…………1分
（2）（6分）離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)90°，∴軌跡半徑…………1分
由………2分；
………2分；
解得………1分。
（3）（6分）
電壓表最小電壓……2分； 解得……1分。
要使離子打在熒光屏上N點(diǎn)的右側(cè)，離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡半徑變大，由，可以提高離子速度或減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
方法一，向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，增大平行板間電壓
方法二，提高電源電動(dòng)勢(shì)，增大平行板間電壓
方法三，減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度
答出任意一種方法即可。只說(shuō)出改變什么因素得1分，說(shuō)出調(diào)節(jié)方向再得2分。
考點(diǎn)：帶電粒子在加速電場(chǎng)和圓形磁場(chǎng)區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)