如圖所示,在真空區(qū)域內(nèi),有寬度為L(zhǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,MN、PQ是磁場(chǎng)的邊界.質(zhì)量為m,帶電量為-q的粒子,經(jīng)電壓U
1加速后沿著與MN夾角為θ(0<θ<90°)的方向垂直磁感線射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,粒子剛好沒(méi)能從PQ邊界射出磁場(chǎng),粒子加速前速度認(rèn)為是零,不計(jì)重力的影響.
(1)求加速電壓U
1;
(2)為使粒子經(jīng)電壓U
1加速射入磁場(chǎng)后沿直線運(yùn)動(dòng),直至射出PQ邊界,可在磁場(chǎng)區(qū)域加一勻強(qiáng)電場(chǎng),求該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向;
(3)若粒子是經(jīng)電壓U
2加速后射入磁場(chǎng),粒子則剛好垂直P(pán)Q射出磁場(chǎng),求加速電壓U
2;
(4)若PQ是一金屬板,粒子垂直P(pán)Q射出磁場(chǎng)后被附近一帶電量為+Q的固定帶點(diǎn)小球俘獲后,做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng),求粒子從PQ穿出時(shí)損失的動(dòng)能.